【专栏】基础篇02| Redis 旁路缓存的价值

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前言

这一章我们进入Redis的正式篇，问起Redis的作用是什么，相信很多人会回答：缓存。确实Redis最主要的功能就是为服务提供数据缓存，很经典的案例就是在DB前加上Redis，应对大流量的DB请求，缓解DB压力。而Redis的缓存也叫做旁路缓存，或者说第三方缓存，因为Redis本身是一个数据服务，部署在和我们应用不同的进程环境下，而缓存其实在我们的计算机中也非常常见，所以在说Redis之前我们可以先看看计算机中有哪些缓存机制。

计算机中的缓存

CPU缓存是计算机中非常重要的缓存机制，提供了CPU工作时指令级别的缓存，这个缓存是按块来的，叫做Cache-Line，也叫做缓存行，避免CPU频繁去内存中获取执行指令，对于CPU来说从缓存和内存去拿数据，是两个不同量级的耗时，在成千上万次的操作面前，细微的问题会被放大。普遍的计算机有三级缓存（L1、L2、L3）：

L1和L2是核内私有的，L3是核间共享的。一个经典的Java面试题：Volatile的作用是什么？而由于CPU缓存和线程内存空间之间的数据不一致导致的可见性问题便是Volatile解决的问题之一。

文件系统缓存则是计算机处理磁盘IO下的优化，由于频繁的随机访问磁盘会有大量的寻道、旋转以及数据传输时间，因此在read/write文件时在操作系统和磁盘之间的缓冲区就十分重要。Linux下文件系统Cache分为Page Cache和Buffer Cache两个层面，其中一个Page Cache包含多个Buffer Cache，Buffer Cache主要设计为对块设备io进行数据缓存。磁盘Cache分为预读和回写两个功能，预读就是在对一个文件进行读取的时候，提前预读顺序的后几个Page到Page Cache；回写就是在写文件时将数据暂存在Cache中一并刷到磁盘。

http缓存也是很常见的缓存，常见到大家容易忽视它。如果没有缓存机制，那么每次比较大的静态资源都要重新去服务端拿，这会很冗余。http在返回响应时通过cache-control控制返回的资源浏览器可以缓存的模式，比如：

设置为max-age就是允许缓存7200秒，除了这个还会返回一个etag唯一标识这个资源

这样下次去请求时就会携带这个etag信息通过If-None-Match和If-Modify-Since条件判断资源是否过期：

如果没有过期就会返回304告诉浏览器可以直接用上次缓存的资源

旁路缓存的意义

上面列举了常见计算机中的缓存，他们都有一个特点，就是局限在一个体系内，更直接地说就是计算机A上的文件缓存是无法直接被计算机B使用的，而如果把缓存作为一个服务、一个系统以接口的形式提供给其他服务，那么就能实现大家共用，而共用一份数据可以解决很多问题，像分布式锁其实就是不同机器间不同进程的同步。

Redis就是这样一个旁路缓存系统，我们完全可以把它理解为一个数据服务，仅仅提供读写数据而已，如果你搭建一个web项目，只提供一个接口，传递key，value，接口功能就是把key放进hashmap，或者把key从hashmap中拿出来，这就是一个很简易的数据服务，只不过Redis更加强大与完善。

旁路缓存的工作模式

只读缓存

只读缓存故名思意就是只提供读操作，它的基本工作模式是当缓存中数据缺失时就去后端DB中查库并刷新缓存；当DB数据有变更时就先更新数据库然后删除对应的缓存，这样下次请求就会触发缓存缺失主动读取最新数据。只读缓存将最新的数据维护在DB中，缓存不用关心数据的可靠性

读写缓存

读写缓存则是提供读写两种模式，当我们要修改数据时同时修改缓存和DB的值，这样的好处在于最新的数据一直在缓存中，提升了部分读性能；而写操作则其实可以同步写DB和异步写DB，同步表示写缓存和写DB同步进行，都成功后返回给客户端，异步则是为了提高写性能，将写DB的耗时操作放到异步线程。

只读缓存保证了缓存与DB的数据最终一致性，存在下面两种场景：

刚写完DB还没删除缓存的一小段gap的不一致
写DB成功，删缓存失败导致的不一致

为了保证最终的一致性，mysql可以通过订阅binlog，其他DB相同思路直接借助消息队列发送一个更新数据的消息出来，消费者去实时更新缓存

而读写缓存相对问题就会更多，因为写缓存和写DB无论哪一步先执行，任何一步失败都会出现严重的数据不一致，因此适合对数据一致性要求不高的场景，个人认为就没必要借助其他方式强行原子化两个步骤，反而与提升效率的初衷背道而驰了。

小结

这一小节我们了解了旁路缓存以及旁路缓存的工作模式，Redis作为一款旁路缓存系统，本质是数据服务，我们上面举了一个hashmap的例子粗糙地形容了一下基本读写功能，而Redis作为最受欢迎的旁路缓存，它丰富的数据结构是其地位不倒的重要原因之一，除了字符类型我们有各种奇奇怪怪的存储需求比如队列、集合或者是map甚至是定制的数据结构，本质是服务于业务，因此我们下一节会介绍Redis的基本数据结构，看看Redis是如何高效地利用珍贵地内存资源的。