缓存失效的工作原理是什么

缓存失效的工作原理是什么_缓存失效的基本原理

缓存失效的基本原理

缓存失效是在多处理器系统中用于维护共享数据缓存一致性的机制。当一个处理器写入共享内存位置时,缓存一致性协议必须确保任何其他缓存的该位置副本都被更新或失效。主要有两种缓存失效方法:写失效和写更新。

缓存失效的工作原理是什么_写失效协议

写失效协议

在写失效协议中,当观察到对缓存有副本的内存位置进行写操作时,缓存控制器会使其自身的该内存位置副本失效,从而在下次访问时强制从主内存读取。

缓存失效的工作原理是什么_写更新协议

写更新协议

在写更新协议中,缓存控制器会用新数据更新其自身的被监视内存位置副本。

缓存失效的工作原理是什么_一致性协议分类

一致性协议分类

一致性协议可分为嗅探式协议和基于目录的协议。嗅探式协议将事务请求广播给所有处理器,处理器对请求进行检测并做出响应。基于目录的协议使用中央目录跟踪每个缓存行的共享状态,并在修改时协调失效或更新。

缓存失效的工作原理是什么_RESTful Web服务中的缓存失效

RESTful Web服务中的缓存失效

RESTful Web服务支持缓存,即在客户端或中介存储某些响应以提高服务器响应时间。服务器可通过定义响应为可缓存或不可缓存来控制缓存。当服务器确定响应不应再被缓存时,它可以使缓存的响应失效,从而强制客户端从服务器获取新版本。这个使缓存响应失效的过程称为缓存失效。


缓存失效有哪些优势

缓存失效是一种确保缓存数据与底层数据源保持一致的重要机制。它具有以下优势:缓存失效可以及时将数据源的更改反映到缓存,确保缓存数据的实时性和准确性。同时,缓存失效还能有效避免脏数据在分布式环境中传播,维护数据的一致性。此外,缓存失效通过及时清除过期数据,可以节省缓存空间,提高缓存利用率。总的来说,缓存失效是保证缓存系统高效运行、数据准确可靠的关键机制。


缓存失效的类型

缓存失效是缓存管理中一个重要的方面。根据所提供的信息,缓存失效主要有以下几种类型:

即时失效事件

当一个表在事务中被修改时,SQL模式会影响另一个连接上的查询是否应该看到这些更改。因此,在事务期间对表的任何更改都应该触发该表被视为易变,直到事务完成。这种情况下的缓存失效是一个即时事件,而不是一个时间范围。

分布式缓存缺乏通信

如果缓存设计使用底层存储层并用作分布式缓存,则根据给定时间写入的表来本地执行失效。但是,其他节点可能已经为同一表写入了缓存对象,而这些对象不会被失效,从而导致数据一致性问题。

外部缓存引擎的失效

利用外部缓存引擎的缓存设计通常会通过对失效对象发出删除来触发失效。这可能导致单个写操作触发数千次删除,从而影响性能。

HTTP缓存控制机制

标准的HTTP缓存控制机制使用另一个通过缓存的请求的副作用来进行失效。例如,如果与缓存响应关联的URL随后收到POST、PUT或DELETE请求,则缓存响应将被失效。


缓存失效的原因

缓存失效是为了确保数据一致性,防止陈旧数据被服务。以下是缓存失效的几个主要原因:

缓存失效的原因_事务中的表更改

事务中的表更改

当一个表在事务过程中发生变更时,需要立即反映这些变更,而不是等待事务完成。这是因为SQL模式会影响其他连接在事务提交或回滚之前是否应该看到这些变更。

缓存失效的原因_分布式缓存的数据一致性问题

分布式缓存的数据一致性问题

如果基于写入的表来进行本地缓存失效,而其他节点缓存了同一表的对象却没有失效,就会导致在会话之间服务不一致的数据。

缓存失效的原因_外部缓存引擎的性能问题

外部缓存引擎的性能问题

依赖Redis或Hazelcast等外部缓存引擎的缓存设计,如果缓存失效触发了大量删除操作,可能会影响整体性能。

缓存失效的原因_缺乏键跟踪导致额外开销

缺乏键跟踪导致额外开销

在外部缓存引擎中缺乏键跟踪功能,当发生缓存未命中时,本地缓存层需要在远程缓存中查找键,导致额外的往返时间。提供键变更通知的引擎可以解决此问题。


缓存失效的实现方法

写失效协议

在写失效协议中,当观察到对缓存副本所在位置的写操作时,缓存控制器会使其自身的该内存位置副本失效,从而在下次访问时强制从主内存中读取新值。这种方法确保了缓存与主内存之间的一致性,但代价是需要在每次写操作后重新从主内存获取数据。

嗅探协议与目录式协议

缓存一致性协议可分为嗅探协议和目录式协议。在嗅探协议中,事务请求(读、写或升级)会发送给所有处理器,所有处理器都会嗅探该请求并做出适当响应。在目录式系统中,目录维护着缓存之间的一致性,在条目发生变化时更新或使其他缓存失效。

RESTful 缓存控制

RESTful Web服务支持缓存,即在客户端或中介上存储某些响应以提高服务器响应时间。服务器可以通过定义响应为可缓存或不可缓存来控制缓存。当底层数据发生变化时,服务器可以使缓存的响应失效,确保客户端获得最新信息。

写更新协议

在写更新协议中,当观察到对缓存副本所在位置的写操作时,缓存控制器会用新数据更新其自身的该内存位置副本。这种方法避免了从主内存重新读取数据的开销,但需要额外的逻辑来确保多个缓存副本之间的一致性。

分布式共享内存系统

分布式共享内存系统模仿了这些缓存一致性机制,以维护松散耦合系统中内存块之间的一致性。


缓存失效的影响

缓存失效可能会对系统性能和数据一致性产生严重影响。以下是缓存失效的主要影响:

性能下降

单个写操作可能会触发缓存中成千上万的删除操作,从而显著降低系统性能。外部缓存引擎缺乏键跟踪功能也可能导致缓存未命中时额外的往返时间,增加了整体延迟。

数据不一致

如果缓存失效被视为一个时间范围而不是瞬时事件,当表在事务中被更改时,可能会导致数据不一致。在事务提交或回滚之前等待,可能导致其他连接在事务完成之前看到更改。

分布式缓存问题

缺乏节点间通信的分布式缓存可能导致数据一致性问题。在一个节点上进行的更改可能无法在其他节点上正确失效。


如何避免缓存失效

缓存失效是一个常见的性能问题,需要采取有效措施来避免。以下是一些避免缓存失效的策略:

本地跟踪键值

通过在本地维护一个键值缓存,可以避免远程查找和缓存未命中的性能损失。当发生缓存未命中时,可以直接从本地缓存中获取键值,而无需额外的往返时间访问远程缓存层,从而更新缓存。

即时缓存失效

当事务修改表时,应将缓存视为易变的,直到事务完成,而不是在查询执行前或之后立即失效缓存。这样可以确保事务期间所做的任何更改都正确地反映在缓存中,从而保持一致性。

分布式缓存通信

在使用分布式缓存时,通常会根据写入的表在本地执行失效操作。但如果其他节点缓存了同一表的对象而未失效,就会导致不一致。因此,确保分布式缓存节点之间的正确通信和协调非常重要,以维护数据一致性。

RESTful缓存控制

RESTful Web服务通过定义API响应为可缓存或不可缓存来控制缓存。这允许客户端缓存某些响应(如常见的页头和页脚图像),并直接从缓存中使用,而不是再次从服务器请求。此外,RESTful完全支持客户端-服务器分离,通过对客户端隐藏安全性、应用程序和业务逻辑等多个层,简化并支持缓存。


缓存失效的解决方案

缓存失效是一个需要解决的重要问题,因为缓存数据过期或失效会导致应用程序返回陈旧或不正确的数据。以下是一些解决缓存失效的常见方案:

基于时间的缓存失效

这是最简单的缓存失效方案。在缓存数据时,为其设置一个过期时间。当缓存数据的生存时间超过设定值时,缓存将自动失效。这种方法适用于数据更新频率较低的场景。

基于写入操作的缓存失效

当有写入操作发生时,相关的缓存数据将被标记为失效。这确保了在数据发生变化时,缓存会及时失效。这种方法通常需要在写入操作完成后,发出一个缓存失效的信号。

基于事件的缓存失效

在某些事件发生时,如数据库更新或外部事件触发时,相关的缓存将被标记为失效。这种方法需要应用程序能够捕获这些事件并发出缓存失效信号。

分布式缓存失效

在分布式系统中,缓存通常分布在多个节点。当某个节点上的数据发生变化时,需要通知其他节点相关缓存已失效。这可以通过消息队列或发布/订阅模式来实现。

客户端缓存失效

对于客户端缓存,可以利用HTTP缓存头(如Etag、Last-Modified)来控制缓存失效。当服务器端数据发生变化时,可以修改这些头部信息,从而使客户端缓存失效。

缓存预热

在某些场景下,可以通过缓存预热来减少缓存失效带来的影响。缓存预热是指在应用程序启动或部署时,提前将热点数据加载到缓存中,从而减少初始化时的缓存未命中率。


如何使用缓存失效

如何使用缓存失效_分布式缓存的失效协调

分布式缓存的失效协调

在分布式缓存系统中,需要在节点之间协调缓存失效。如果缓存设计使用了底层存储层并分布在多个节点,通常会基于写入的表在本地进行失效。但这可能导致一致性问题,因为其他节点可能缓存了相同表的对象而未被失效。因此,需要在节点间传播失效信息以保持一致性。

如何使用缓存失效_缓存失效与其他缓存管理技术的结合

缓存失效与其他缓存管理技术的结合

缓存失效应与其他缓存管理技术(如新鲜度和验证)结合使用。新鲜度允许在不重新检查源服务器的情况下使用响应,而验证则在响应过期后检查其是否仍然有效。通过将这些技术结合使用,可以提高缓存系统的整体性能和数据一致性。

如何使用缓存失效_RESTful Web服务中的缓存失效

RESTful Web服务中的缓存失效

在RESTful Web服务中,服务器可以通过定义响应是否可缓存来控制缓存。缓存是指在客户端或中介存储某些响应以提高服务器响应时间。服务器可以通过设置响应头来指示客户端或代理是否应该缓存响应。同时,RESTful服务还可以通过传输代码来临时扩展或定制客户端功能。


缓存失效有哪些应用场景

缓存失效是缓存系统中一个重要的方面,它确保了缓存数据与底层数据源保持一致。缓存失效有以下几种常见的应用场景:

事务中的表更改

当一个表在事务过程中发生更改时,需要触发缓存失效。这是因为不同的SQL模式可能会影响另一个连接上的查询是否应该看到这些更改。因此,在事务期间对表的任何更改都应该将该表标记为volatile,直到事务完成。

分布式缓存中的本地失效

在分布式缓存中,根据写入的表在给定时间进行本地失效。然而,这可能导致一致性问题,因为其他节点可能已经为同一表写入了缓存对象,但未被失效。

请求触发的失效

缓存失效还可能作为另一个通过缓存的请求(如POST、PUT或DELETE请求)的副作用而触发,这些请求与已缓存响应关联的URL相关联。许多内容交付网络(CDN)和网络设备制造商已经用动态缓存取代了这种标准HTTP缓存控制。

外部缓存引擎中的失效

在利用外部缓存引擎的缓存设计中,可以通过针对失效对象发出删除操作来触发失效。这可能导致单个写操作触发数千次删除,从而影响性能。


缓存失效的挑战

事务可见性延迟

当表在事务中被更新时,缓存引擎通常只在查询执行前或之后才会失效结果,导致其他连接无法立即看到更改。

写入传播方法权衡

Snoopy缓存一致性协议中的写入传播可通过写失效或写更新方法实现,两者各有利弊需权衡。

分布式缓存不一致

在分布式缓存中,失效通常是基于写入的表在本地完成,但如果其他节点缓存了同一表的对象却未失效,会导致不一致。

分布式更新一致性挑战

在分布式环境中,维护缓存一致性和一致性以应对分布式更新是一个复杂的挑战,需要仔细设计协议。


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