什么是缓存

缓存可用于在网页服务器临时或永久无法访问时提供备用访问方式。例如，当网站无法访问时，Google 提供的 "缓存" 链接可以让用户访问该网页的缓存版本。

数据库缓存可以显著提高数据库应用程序的吞吐量，例如在处理索引、数据字典和经常使用的数据子集时。通过缓存频繁访问的数据，可以减少对数据库的查询，从而提高应用程序的响应速度。

分布式缓存使用网络主机来为应用程序提供可扩展性、可靠性和性能。这些主机可以位于同一位置或分布在不同的地理区域。分布式缓存可以提高应用程序的并发访问能力，并提供更好的容错能力和负载均衡。

缓存可用于在内容分发网络（CDN）的多个服务器上存储静态网站内容，以提高地理位置远离源服务器的访问者的响应时间。当访问者首次请求内容时，源服务器会将副本发送到最近的 CDN 服务器，后续来自该位置的请求将由 CDN 服务器提供缓存的内容。

在 Django 等 Web 应用程序中，缓存可用于存储特定视图函数或耗时内容的输出，从而加快请求处理速度并提高应用程序的可扩展性。Django 提供了不同级别的缓存，包括缓存整个网站、特定视图输出或特定内容。

RESTful Web 服务也可以利用缓存来提高服务器响应时间。API 响应可以定义是可缓存还是不可缓存，从而允许客户端存储和重用常见内容，如页眉和页脚图像。

缓存通常采用分层结构，包括 L1、L2、L3 等多个级别。L1 缓存是最小、最快的缓存，位于处理器核心内部，用于存储最近使用的数据和指令。L2 和 L3 缓存则更大、速度较慢，用于存储更多的数据。不同级别的缓存之间通过包含关系进行数据交换。

缓存通常使用静态随机存取存储器（SRAM）实现，因为 SRAM 具有较高的速度和较低的功耗。但在某些级别的缓存中，也可能使用其他存储技术，如嵌入式动态随机存取存储器（eDRAM）。

当处理器请求数据时，缓存会检查所请求的数据是否存在于缓存（缓存命中）。如果数据不在缓存（缓存失效），缓存就会从主存储器中分配一个新条目，并将数据复制到缓存中。为了给新条目腾出空间，缓存可能需要根据替换策略（通常是最近最少使用LRU策略）将现有条目逐出。

除了通用的数据和指令缓存外，还存在一些专用缓存，如内存管理单元中的转换后备缓冲区（TLB），以及图形处理单元（GPU）中的缓存。