緩存，在互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品中可以簡單理解為：第一次請求數(shù)據(jù)放到存儲器中，下次顯示該頁面先把上次保存的數(shù)據(jù)顯示出來，同時去請求數(shù)據(jù)，請求完成刷新顯示新數(shù)據(jù)，并將其再緩存起來。

當今互聯(lián)網(wǎng)應用（網(wǎng)站或App）的整體實現(xiàn)流程是：用戶的請求從界面（瀏覽器或App界面）到網(wǎng)絡傳送、應用服務再到存儲（數(shù)據(jù)庫或文件系統(tǒng)），然后返回到界面呈現(xiàn)內(nèi)容。

隨著內(nèi)容信息越來越復雜，用戶數(shù)和訪問量越來越大，我們的應用需要支撐更多的并發(fā)量，同時應用服務器和數(shù)據(jù)庫服務器所做的計算也越來越多。但是往往我們的應用服務器資源是有限的，數(shù)據(jù)庫每秒能接受的請求次數(shù)也是有限的（文件的讀寫也是有限的），如何能夠有效利用有限的資源來提供盡可能大的吞吐量？一個有效的辦法就是引入緩存，每個環(huán)節(jié)中請求可以從緩存中直接獲取目標數(shù)據(jù)并返回，從而減少計算量，有效提升響應速度，讓有限的資源服務更多的用戶。

計算機緩存

計算機的緩存往往使用的是RAM（斷電就掉的非永久儲存），所以在用完后還是會把文件送到硬盤等存儲器里永久存儲。計算機里最大的緩存是內(nèi)存條，最快的是CPU上鑲嵌的L1和L2緩存，顯卡的顯存是給顯卡運算芯片用的緩存，硬盤上也有16M或者32M的緩存。

其工作原理是當CPU要讀取數(shù)據(jù)時，首先從CPU緩存中查找，找到就立即讀取并送給CPU處理；如果沒有找到，就從速率相對較慢的內(nèi)存中讀取并送給CPU處理，同時把這個數(shù)據(jù)所在的數(shù)據(jù)區(qū)塊調(diào)入緩存中，可以使以后對整塊數(shù)據(jù)的讀取都從緩存中進行，不必再調(diào)用內(nèi)存。這樣的讀取機制CPU讀取緩存的命中率非常高，也就是說CPU下一次要讀取的數(shù)據(jù)90%都在CPU緩存中，只有大約10%需要從內(nèi)存讀取。這大大節(jié)省了CPU直接讀取內(nèi)存的時間，也使CPU讀取數(shù)據(jù)時基本無需等待。

WEB瀏覽器緩存

下面我們進入正題。

瀏覽器會緩存它瀏覽過的「資源」（包括網(wǎng)頁，圖片等），如果資源在保質(zhì)期內(nèi)，那下次同樣的請求直接用緩存。過期之后，會帶上資源上次的修改時間，由服務器來判斷是否失效，失效的話就會給瀏覽器返回新的數(shù)據(jù)并繼續(xù)緩存下來。

瀏覽器的緩存，存在用戶電腦的硬盤上，用戶每次使用瀏覽器讀取緩存時先將硬盤上的緩存數(shù)據(jù)加載到內(nèi)存中，再讀取給瀏覽器。

瀏覽器端緩存的規(guī)則主要在HTTP協(xié)議頭和HTML的meta標簽中定義。他們分別從新鮮度和校驗值兩個維度來規(guī)定瀏覽器是直接使用緩存中的數(shù)據(jù)，還是需要去源服務器獲取更新的版本。

新鮮度（過期機制）：緩存數(shù)據(jù)保質(zhì)期。緩存數(shù)據(jù)必須滿足以下條件，瀏覽器會認為它是有效的，足夠新的：

• 含有完整的過期時間控制頭信息（HTTP協(xié)議報文頭），并且仍在有效期內(nèi)
• 瀏覽器已經(jīng)使用過這個緩存數(shù)據(jù)，并且在上一次會話中（也就是用戶上一次訪問該數(shù)據(jù)時）已經(jīng)檢查過其新鮮度

滿足以上兩個情況的一種，瀏覽器會直接從緩存中獲取緩存數(shù)據(jù)并渲染給瀏覽器。

校驗值（驗證機制）：服務器返回數(shù)據(jù)的時候有時在頭信息中帶上這個資源的實體標簽，它可以用來作為瀏覽器再次請求過程的校驗標識。如過發(fā)現(xiàn)校驗標識不匹配，說明數(shù)據(jù)已經(jīng)被修改或過期，瀏覽器需要重新獲取數(shù)據(jù)內(nèi)容。

HTTP緩存機制

還記得HTTP協(xié)議嗎？在這篇文章中有對HTTP協(xié)議的簡單介紹：淺析前后端數(shù)據(jù)交互

當用戶通過瀏覽器發(fā)起一個數(shù)據(jù)請求的時候，瀏覽器會通過以下幾步來獲取數(shù)據(jù)：

• 本地緩存階段：先在本地查找該數(shù)據(jù)，如果有發(fā)現(xiàn)該數(shù)據(jù)，而且該數(shù)據(jù)還沒有過期，就使用此數(shù)據(jù)，不會發(fā)送http請求到服務器
• 協(xié)商緩存階段：如果在本地緩存找到對應的數(shù)據(jù)，但是不知道該數(shù)據(jù)是否過期，則發(fā)一個HTTP請求到服務器，然后服務器判斷這個請求，如果請求的數(shù)據(jù)在服務器上沒有改動過或過期，則返回304狀態(tài)碼（可以理解為服務器給瀏覽器的暗號），讓瀏覽器在本地找到該數(shù)據(jù)
• 緩存失敗階段：當服務器發(fā)現(xiàn)請求的資源已經(jīng)修改過，或者這是一個新的請求，服務器則返回該數(shù)據(jù)，并且返回200狀態(tài)碼， 此過程的前提是指找到該數(shù)據(jù)，如果服務器上沒有數(shù)據(jù)，則返回404（這個大家多見過吧，就是平時見到404頁面時的狀態(tài)碼）

瀏覽器中的操作對緩存的影響

• 強制刷新：當按下ctrl+F5來刷新頁面的時候，瀏覽器將繞過各種緩存(本地緩存和協(xié)商緩存)， 直接讓服務器返回最新數(shù)據(jù)
• 普通刷新：當按下F5或者點擊刷新按鈕來刷新頁面的時候，瀏覽器將繞過本地緩存發(fā)送請求給服務器，此時協(xié)商緩存是有效的
• 回車或跳轉(zhuǎn)：當在地址欄上輸入回車或者按下跳轉(zhuǎn)按鈕的時候，所有緩存都生效

瀏覽器緩存機制

安卓、iOS緩存機制

APP上的緩存機制和瀏覽器緩存的原理類似，APP與服務器交互的協(xié)議同樣是大多基于HTTP（S）。

先普及下基礎知識：手機內(nèi)存包括運行內(nèi)存和內(nèi)部存儲。運行內(nèi)存是用來運行程序的，不能用來永久存儲數(shù)據(jù)，手機一旦關機或殺死進程，在內(nèi)存中的所有數(shù)據(jù)都將會丟失。內(nèi)部存儲相當于計算機中的硬盤的角色，用于存儲操作系統(tǒng)和應用程序的存儲介質(zhì)。

iOS的本地緩存數(shù)據(jù)存在磁盤存儲（內(nèi)部存儲）中，由于Android手機通常將內(nèi)部存儲器固定在芯上，所以一般無法更換內(nèi)部存儲器的。 為了增強Android手機的存儲能力，很多Android手機都支持擴展的SD卡（相當于計算機的U盤或者移動硬盤）功能。所以，Android手機存儲緩存是可以選擇數(shù)據(jù)存儲位置的。

APP端存儲數(shù)據(jù)的時候，會存儲很多字段內(nèi)容，一般情況下后臺會給每條數(shù)據(jù)設定一個獨立的id值，那么前端在請求數(shù)據(jù)的可以先查詢本地緩存的數(shù)據(jù)中，最新的一條數(shù)據(jù)的id值，通過網(wǎng)絡請求，把這個id值發(fā)給服務端，服務端會根據(jù)這個id在后臺服務器中查詢是否有比這個id值更大（更新）的數(shù)據(jù)存在，如果有就把新的數(shù)據(jù)返回給前端APP。

數(shù)據(jù)庫緩存

數(shù)據(jù)庫的緩存機制分為兩個層面。

1. 由數(shù)據(jù)庫提供，可以對數(shù)據(jù)表建立的高速緩存。數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)臨時保存在一個位置上，再次同樣的請求直接把這個數(shù)據(jù)返回去，而不需要再次去查詢各種表取數(shù)據(jù)了，減少了查數(shù)據(jù)庫的時間，提升效率。并不是所有的歷史記錄都緩存起來，要有策略，比如只緩存兩個月的數(shù)據(jù)，并且兩個月之前有請求過之后不再請求該數(shù)據(jù)的時候就會回收，就是把這條記錄抹掉，就近多次請求的才會保存。時間過長、使用率不高的優(yōu)先清除，要不然緩存太多就失去了緩存的本質(zhì)和意義。
2. 在數(shù)據(jù)庫中，數(shù)據(jù)都是存放在磁盤中的。雖然數(shù)據(jù)庫層做了對應的緩存，但這種數(shù)據(jù)庫層次的緩存一般針對的是查詢內(nèi)容，一般只有表中數(shù)據(jù)沒有變更的時候，數(shù)據(jù)庫對應的緩存才發(fā)揮了作用。有時并不能減少業(yè)務系統(tǒng)對數(shù)據(jù)庫產(chǎn)生的增、刪、查、改產(chǎn)生的龐大壓力。此時，一般的做法是在數(shù)據(jù)庫與業(yè)務服務器之間增加一個緩存服務器，比如我們熟悉的redis。客戶端第一次請求的數(shù)據(jù)從數(shù)據(jù)庫拿出后就放到了redis中，數(shù)據(jù)不過期或不更改的前提下，下一次的請求都從redis中直接拿數(shù)據(jù)，這樣做極大的緩解了數(shù)據(jù)庫的壓力。

服務器緩存

業(yè)務服務器緩存

業(yè)務服務器緩存是將動態(tài)頁面直接生成靜態(tài)的頁面放在服務器上的硬盤里，用戶調(diào)取相同頁面時，靜態(tài)頁面將直接下載到客戶端，不再需要通過程序的運行和數(shù)據(jù)庫的訪問，大大節(jié)約了服務器的負載。

每次訪問頁面時，會檢測相應的緩存頁面是否存在，若不存在，則連接數(shù)據(jù)庫得到數(shù)據(jù)渲染頁面并生成緩存頁面文件，這樣下次訪問的頁面文件就能發(fā)揮作用了。

舉一個小例子：

用戶A訪問a頁面，服務器解析a頁面返回給用戶A，同時在服務器內(nèi)存上做一個映射，把a頁面緩存在服務器的硬盤上。用戶B訪問a頁面，服務器直接根據(jù)內(nèi)存上的映射找到相應的頁面緩存，直接返回給用戶B。這樣做減少了服務器對同以頁面的重復解析。

代理服務器緩存

代理服務器是客戶端和業(yè)務服務器之間的中間服務器，客戶端先向這個中間服務器發(fā)起請求，經(jīng)過處理后，再將請求轉(zhuǎn)發(fā)到業(yè)務服務器。代理服務器緩存的運作原理跟瀏覽器的運作原理差不多，只是規(guī)模更大?？梢园阉斫鉃橐粋€共享緩存，不只為一個用戶服務，一般為大量用戶提供服務，因此在減少相應時間和帶寬使用方面很有效，同一個緩存數(shù)據(jù)會被重復使用多次。

以上，就是關于緩存機制的簡單總結(jié)。產(chǎn)品汪們，再涉及項目中的緩存機制時，就不怕被程序猿們懟了！

作者：流年，互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品設計師，4年互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品設計經(jīng)驗。

本文由 @流年 原創(chuàng)發(fā)布于人人都是產(chǎn)品經(jīng)理。未經(jīng)許可，禁止轉(zhuǎn)載。

題圖由作者提供

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