缓存（Cache）是一种高速数据存储层，核心目标是通过存储频繁访问的数据，减少对底层的直接访问（如数据库），从而提升系统性能和响应速度
缓存的多元定义
硬件缓存
- CPU缓存：位于CPU与主存之间，分L1（一级）、L2（二级）、L3（三级）缓存，逐级容量增大但速度递减，用于缓解CPU与内存之间的速度差异
- 磁盘缓存：利用主存（RAM）存储近期访问的磁盘数据，减少物理磁盘I/O操作，提高性能
软件与系统缓存
- 内存缓存：通过SRAM（静态随机存取存储器）或DRAM（动态随机存取存储器）存储频繁访问的数据
- 操作系统缓存：管理文件系统缓存
网络与互联网缓存
- 浏览器缓存：存储网页资源（HTML、CSS、JavaScript），通过HTTP请求头（Cache-Controller）控制缓存策略，减少重复下载
- CDN缓存：在边缘节点缓存静态内容，缩短用户访问延迟
- 反向代理缓存：如Nginx缓存动态页面，减轻后端服务压力
分布式与数据库缓存
- 分布式缓存：如Redis，支持跨多台服务器数据共享
- 数据库缓存：MySQL的Query Cache，缓存查询结果或热点数据
常见缓存技术分类
按存储位置分类
| 类型 | 特点 | 技术/场景 |
|---|---|---|
| 本地缓存 | 与应用进程同驻内存，无网络开销；数据量受限于内存容量 | Caffeine、Local storage |
| 分布式缓存 | 多节点共享数据，支持水平扩展 | Redis |
| 磁盘缓存 | 持久化存储，重启后数据保留；适用于低频访问但需长期保存的数据 | 文件系统缓存 |
| 堆外缓存 | 使用JVM堆外内存，减少GC压力；需手动管理内存 | MapDB、Ehcache |
按应用层级分类
| 层级 | 技术 | 场景 |
|---|---|---|
| 客户端 | 浏览器缓存、本地缓存 | 网页加速 |
| 网络层 | CDN | 内容分发，减少跨区域流量 |
| 服务端 | Nginx反向代理缓存、Redis | 负载均衡、接口加速 |
| 数据库层 | MySQL Query Cache | 加速SQL查询，减少磁盘I/O |
按功能特性分类
- 时间触发缓存：基于过期时间TTL自动失效，如Redis的EXPIRE命令
- 内容触发缓存：数据变更时强制更新，如数据库写操作后删除相关缓存
- 静态缓存：生成预渲染的HTML文件，适用于内容更新频率较低的场景
缓存指标
命中率与未命中率
- 命中率：缓存满足请求的比例，计算公式为命中次数 / 总请求次数
- 未命中率：缓存未命中时，从底层存储加载数据
缓存淘汰策略
- LRU（最近最少使用）：淘汰最久未访问的数据
- LFU（最不经常使用）：淘汰访问频率最低的数据
- FIFO（先进先出）：按写入顺序淘汰
一致性保障
- 写穿透：同时更新缓存和底层存储，保证强一致性
- 延迟写入：先更新缓存，异步批量写入缓存，提高系统性能但存在数据丢失风险
缓存是通过空间换时间
