为什么使用缓存，缓存带来的问题，分布式缓存，单机架构，分布式架构

阳光穿透心脏的1/2处 2022-12-06 12:46 207阅读 0赞

### 文章目录 ###

*  一、为什么需要缓存
 *   *  提高系统访问的吞吐量和降低数据库的流量压力
     *  实现数据共享
 *  二、如何引入缓存
 *   *  单机缓存
     *  分布式缓存

# 一、为什么需要缓存 #

## 提高系统访问的吞吐量和降低数据库的流量压力 ##

![没有缓存的数据库访问][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2x2b2VsaWZl_size_16_color_FFFFFF_t_70_pic_center]  
假如我们的数据库使用的是非关系型数据库，比如mysql数据库，mysql数据库分为innodb和MyISAM存储引擎，innodb分为frm和ibd文件，myISAM分为frm,myi,myd文件，不论innodb还是MyISAM文件，其数据都是存储在磁盘上的。

假如mysql某张表存储大量的数据，用户在某短时间大量访问数据库，而数据必须将加载到内存才能执行。从磁盘上将大量数据，加载到内存当中，还是非常耗时的。如果是高并发的状态下，极容易是数据库宕机。

同时，Java采用jdbc的方式与与mysql服务器建立，而jdbc内部采用的socket通信【StandardSocketFactory来创建通信的socket】，而socket建立远程连接会有会有两处阻塞，连接组设和读写阻塞，如下图所示：  
![socket通信][socket]  
基于以上通信所带来的阻塞和高并发给数据库带来的流量冲击，如果用户不直接访问数据库，而是从某个内存中读取，那么，这样可以减缓上述的两个问题，即  
![引入缓存][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2x2b2VsaWZl_size_16_color_FFFFFF_t_70_pic_center 1]

## 实现数据共享 ##

此外，客户端与服务端的session会话，如果是单机的情况下，对于同一个用户来说，可以直接使用即可，因为session是tomcat是创建并保存的，如图所示  
![Tomcat创建session的过程.jpg在这里插入图片描述][Tomcat_session_.jpg]  
但是，随着电商的崛起，传统的单机模式显然不适合当代的分布式架构。分布式架构简单的来理解，为了实现服务器的高可用和高性能，将服务拆分并部署到多台服务器上，用zookeeper进行服务协调，netty/Dubbo进行服务间的通信，使用docker快速搭建web访问的环境，比如Tomcat nginx mysql等。

既然session是有Tomcat生成的，那么每个jvm进程都会生成不同的session，假如有两台订单服务器，这就造成了同一个用户在订单服务器1上的session和订单服务器2上的session不一致的问题，因而，需要一个中间件来存储同一个用户的session。

因而，这里就需要对分布式的共享数据进行存储。

# 二、如何引入缓存 #

我们既然知道了缓存的重要性，那么也要区分在单机情况下的缓存和分布式情况下的缓存。

## 单机缓存 ##

jvm进程中的数据如果不被Gc回收，也不被序列化出JVM，他们的生命周期就是JVM的生命周期。比如hibernate的SQLSession会话，在操作数据库时需要构造sqlSession对象，在对象中有一个数据结构（HashMap）用于存储缓存数据。

一般情况下，单机缓存使用HaspMap来存储，hashMap维护的是Entry对象，entry对象维护忽的key和value值，这是一种强引用的关系，比如SQLSession --> cacheHasMap --> entry --> object，JVM即便报出oom也不会回收对象。

比如在我的博文 [对外api的架构设计][api] 文章中，使用concurrentHashMap作为存储IP的缓存，key值为某个公司的id，value值为该公司下的所有已配置的IP，这样如果缓存中存在这样的IP，那么就不用了访问数据库查询了，这样可以提高性能和降低数据库的读压力。

## 分布式缓存 ##

为了实现同一个用户不论登录哪台服务器，其获取到的session都是相同的，最常用的还是Redis实现缓存。想要了解更多与Redis相关的知识，请点击我的博文：Redis的那些事情。

如何实现分布式缓存，可以采用Redis的hash数据类型，hash数据类型采用键值对的形式来存储的：

1.  hash值计算：通过支持MD5与MurmurHash两种计算方式，默认是采用MurmurHash，高效的hash计算。
2.  一致性的实现：通过Java的TreeMap来模拟环状结构，实现均匀分布

[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2x2b2VsaWZl_size_16_color_FFFFFF_t_70_pic_center]: /images/20221123/641b25d54f474e21a8d87d216b0078a7.png
[socket]: /images/20221123/4660e1b4f20d45a7bc3555e840a3ebfa.png
[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2x2b2VsaWZl_size_16_color_FFFFFF_t_70_pic_center 1]: /images/20221123/3d47dacf20734bb7b9eff48ec83537a4.png
[Tomcat_session_.jpg]: /images/20221123/fabd6e5448ec4dc4a059bcbf2d42a785.png
[api]: https://blog.csdn.net/lvoelife/article/details/108560511