缓存是提高性能和降低成本的最强大技术之一。它加快了响应速度，减少了服务器负载并改善了用户体验。同时，缓存实施不当可能会导致数据过时、错误和一致性问题。因此，以实用的方式理解缓存对于任何产品或工程团队都是至关重要的。
本指南解释了什么是缓存、何时使用缓存、存在哪些类型、如何避免陷阱以及安全实施缓存应遵循哪些步骤。重点是实用且适用于网络和移动设备。
应用程序中的缓存是什么
缓存是数据的临时存储，以便快速访问。系统不会总是从来源（银行或 API）查找信息，而是保留一份副本并尽可能使用它。这减少了响应时间和处理成本。
简单来说：缓存和短内存，避免重复工作。
为什么缓存至关重要
如果没有缓存，每个请求都会生成完整的工作。这会增加延迟、成本和过载风险。使用缓存，您可以：
- 减少响应时间。
- 减少[数据库0 上的负载。
- 提高可扩展性。
- 改善用户体验。
- 减少移动设备上的网络消耗。
因此，缓存是性能的核心部分。
最常见的缓存类型
1) 内存缓存
将数据存储在 RAM 中。它速度快，但不稳定。非常适合频繁访问的数据。
2) 磁盘缓存
将数据存储在本地磁盘上。比 RAM 慢，但持久。适合图像和文件。
3) 分布式缓存
用于具有多个服务器的系统。允许所有实例共享缓存。示例：Redis。
4) 客户端缓存
在应用程序和浏览器中，部分内容保存在设备上。这可以减少通话次数并加快充电速度。
当缓存有意义时
在以下情况下缓存是值得的：
- 数据访问频率较高。
- 数据变化不大。
- 生成响应的成本很高。
- 性能是一项关键要求。
如果没有失效策略，请勿将缓存用于超动态数据。这会造成不一致。
缓存策略
缓存在一边（延迟加载）
系统会搜索缓存。如果不存在，它将搜索源并将其写入缓存。这很简单，也很常见。
写通
所有写入同时进入存储体和缓存。确保一致性，但增加成本。
回写
先写入缓存，再写入数据库。它速度快，但如果缓存失败就会有风险。
每种策略都需要权衡。选择取决于数据类型和所需的一致性级别。
失效：最难的一点
缓存最关键的部分是失效。如果数据发生变化，则需要更新缓存。否则，用户会看到错误的信息。主要有以下三种方法：
- TTL（生存时间）：缓存在一段时间后过期。
- 因事件而失效：当数据发生变化时，缓存被移除。
- 版本控制：缓存与数据的版本相关联。
正确的失效取决于数据的类型以及显示旧信息的影响。
缓存和一致性
缓存提高了性能，但会降低一致性。团队需要决定什么是最重要的。对于关键数据来说，一致性是最重要的。对于二手数据，可以优先考虑性能。
示例：
- 银行余额：最大一致性，有限缓存。
- 新闻提要：积极的缓存，最终的一致性。
这种平衡至关重要。
移动缓存
在移动应用程序中，缓存可以减少网络消耗并改善用户体验。一些好的做法：
- 图像缓存过期。
- 配置文件数据缓存。
- 离线模式缓存。
- 自动清洁以避免过多存储。
在移动设备上，缓存还可以节省电池，因为它减少了请求。
网络缓存
在网络上，缓存可以分为几个层：
- 浏览器缓存。
- CDN 缓存。
- 应用程序缓存。
- 银行缓存。
理想的策略结合了这些层。例如，静态资产可以存储在CDN中，动态数据可以存储在应用程序缓存中。
数据表及推荐策略
| 数据类型 | 策略 | 观察 |
|---|---|---|
| 图片 | 长缓存 | 按版本更新 |
| 用户简介 | 短缓存 | 编辑时更新 |
| 新闻提要 | 中等缓存 | 可能会延迟 |
| 财务数据 | 最小缓存 | 优先考虑一致性 |
| 设置 | 长缓存 | 他们变化不大 |
该表可帮助您快速做出决定。
缓存和可扩展性
如果没有缓存，系统需要更多服务器来支持增长。通过缓存，相同的基础设施可以支持更多的用户。这降低了成本并增加了利润。
因此，缓存是一种可扩展性策略，而不仅仅是一种性能策略。
使用缓存时的常见错误
- 忘记作废。
- 缓存错误数据。
- 使用太长的 TTL。
- 忽略一致性。
- 无条件缓存所有内容。
这些错误会产生错误并导致信心丧失。缓存需要纪律。
良好实践清单
- 定义什么可以是卷曲的。
- 选择失效策略。
- 设置合适的 TTL。
- 监控命中率和失误率。
- 确保回退到原点。
- 检查每个新功能的缓存。
该清单可以避免问题并保证进展。
真实的成功案例
案例 1：电子商务
一家电子商务公司将缓存应用于产品页面，并将加载时间减少了一半。谈话增多了。
案例 2：新闻应用
一个新闻应用程序实现了本地缓存，即使没有连接也开始加载文章。这增加了保留率。
案例 3：B2B SaaS
仪表板密集型 SaaS 使用查询缓存。响应时间从5秒下降到1秒。
这些案例显示了缓存的直接影响。
如何监控缓存
缓存需要监控。一些指标：
- 命中率（缓存被使用的次数）。
- 错过率（在始发地被拾取的次数）。
- 中等延迟。
- 内存消耗。
如果没有监控，您不知道缓存是否有帮助。
流行工具
一些常见技术：
- Redis 用于分布式缓存。
- Memcached 用于简单缓存。
- 用于资产缓存的 CDN。
- 浏览器中的本机缓存。
选择取决于应用类型和规模。
结论
缓存是现代性能的支柱之一。如果应用得当，它可以改善体验、降低成本并提高可扩展性。但它需要注意失效和一致性。
如果您遵循本指南中的最佳实践和分步说明，您的系统将在不牺牲质量的情况下获得速度和可靠性。
另请阅读
- [应用程序中的缓存：良好实践和基础知识1
- [应用程序中的缓存2
- [应用架构：初学者最佳实践3
- [应用程序可扩展性：策略和快速指南4
- [Web 应用程序的延迟5
- [应用程序中的微服务：扩展用例6