一、從數(shù)據(jù)說(shuō)起

我們?cè)僮鼍彺嬷靶枰褦?shù)據(jù)先分好類

按變化頻率：

• 靜態(tài)數(shù)據(jù)：一般不變的，類似于字典表
• 準(zhǔn)靜態(tài)數(shù)據(jù)：變化頻率很低，部門結(jié)構(gòu)設(shè)置，全國(guó)行政區(qū)劃數(shù)據(jù)
• 中間狀態(tài)數(shù)據(jù)：一些計(jì)算的可復(fù)用中間數(shù)據(jù)，變量副本，配置中心的本地副本
  

按使用頻率：

• 熱數(shù)據(jù)：使用頻率高的
• 讀寫比大的：讀的頻率遠(yuǎn)大于寫的頻率
  

這些數(shù)據(jù)就比較適合使用緩存。

緩存無(wú)處不在。內(nèi)存可以看作是cpu和磁盤之間的緩存。cpu與內(nèi)存的處理速度也不一致，所以出現(xiàn)了L1&L2 Cache

緩存的本質(zhì)：系統(tǒng)各級(jí)之間處理速度不匹配，利用空間換時(shí)間。

緩存加載時(shí)間

1. 啟動(dòng)時(shí)全量加載

2. 懶加載

2.1. 同步使用加載

先看緩存里是否有數(shù)據(jù)，沒(méi)有的話從數(shù)據(jù)庫(kù)讀取。讀取的數(shù)據(jù)，先放到內(nèi)存，然后返回給調(diào)用方。

2.2. 延遲異步加載

從緩存里獲取數(shù)據(jù)，不管有沒(méi)有都直接返回。

策略1：如果緩存為空的話，則發(fā)起一個(gè)異步線程負(fù)責(zé)加載。

策略2：異步線程負(fù)責(zé)維護(hù)緩存的數(shù)據(jù)，定期或根據(jù)條件觸發(fā)更新。

緩存過(guò)期策略

• 按FIFO或LRU
  
• 固定時(shí)間過(guò)期
  
• 根據(jù)業(yè)務(wù)進(jìn)行時(shí)間的加權(quán)。
  

二、本地緩存

1.Map 緩存

public static final Map<String,Object> CACHE=new HashMap();
CACHE.put("key","value");

2.Guava緩存

Cache<String,String> cache = CacheBuilder.newBuilder() .maximumSize(1024) .expireAfterWrite(60,TimeUnit.SECONDS) .weakValues() .build();
cache.put("word","Hello Guava Cache");
System.out.println(cache.getIfPresent("word"));

3.Spring Cache

• 基于注解和AOP，使用方便
• 可以配置Condition和SPEL，非常靈活
• 需要注意：繞過(guò)Spring的話，注解無(wú)效
  

核心功能：@Cacheable、@CachePut、@CacheEvict

本地緩存的缺點(diǎn)：

• 在集群環(huán)境中，如果每個(gè)節(jié)點(diǎn)都保存一份緩存，導(dǎo)致占用內(nèi)存變大
• 在JVM中長(zhǎng)期存在，會(huì)影響GC
• 緩存數(shù)據(jù)的調(diào)度處理，影響業(yè)務(wù)線程，爭(zhēng)奪資源
  

三、遠(yuǎn)程緩存

1.Redis
Redis是一個(gè)開源的使用ANSI C語(yǔ)言編寫的，基于內(nèi)存也可以持久化的key-value數(shù)據(jù)庫(kù)，并提供多種語(yǔ)言的API
2. Memcached

memcached是一套分布式的高速緩存系統(tǒng)，由LiveJournal的Brad Fitzpatrick開發(fā)，但被許多網(wǎng)站使用。這是一套開放源代碼軟件，以BSD license授權(quán)發(fā)布。

四、內(nèi)存網(wǎng)格

1. Hazelcast
2. lgnite
   

五、緩存常見(jiàn)問(wèn)題

1. 緩存穿透

問(wèn)題描述：大量并發(fā)查詢不存在的KEY，導(dǎo)致都直接把壓力透?jìng)鞯綌?shù)據(jù)庫(kù)上。

分析：因?yàn)閿?shù)據(jù)庫(kù)里沒(méi)有值，所以沒(méi)有建立緩存，導(dǎo)致一直打到數(shù)據(jù)庫(kù)上。

解決辦法：

1. 緩存空值的KEY
2. Bloom過(guò)濾或RoaringBitmap判斷KEY是否存在
3. 完全以緩存為準(zhǔn)，使用延遲異步加載的方式去加載數(shù)據(jù)庫(kù)數(shù)據(jù)到緩存。
   

Bloom過(guò)濾器示例：
（引入guava依賴）

public static void main(String[] args) {
        BloomFilter<CharSequence> filter = BloomFilter.create(
                Funnels.stringFunnel(Charsets.UTF_8),//Funnels.integerFunnel(), //數(shù)據(jù)格式
                1000000,//預(yù)計(jì)存入數(shù)據(jù)量
                0.01);//誤判率

        System.out.println(filter.mightContain("abcdefg"));
        filter.put("abcdefg");
        System.out.println(filter.mightContain("abcdefg"));
    }

RoaringBitmap示例：
引入依賴：

<dependency>
			<groupId>org.roaringbitmap</groupId>
			<artifactId>RoaringBitmap</artifactId>
			<version>0.8.1</version>
		</dependency>

public static void test3(){
        Roaring64NavigableMap roaring64NavigableMap = Roaring64NavigableMap.bitmapOf(3, 4, 5, 90);
        //是否包含
        boolean contains = roaring64NavigableMap.contains(3);
        long l = roaring64NavigableMap.rankLong(3);
        System.out.println(l);
        System.out.println(contains);
    }

2. 緩存擊穿

問(wèn)題：當(dāng)某個(gè)KEY失效的時(shí)候，正好有大量并發(fā)請(qǐng)求訪問(wèn)這個(gè)KEY

分析：跟緩存穿透比較像，這個(gè)是屬于偶然的

解決辦法：

1. KEY的更新的時(shí)候添加全局互斥鎖
2. 完全以緩存為準(zhǔn)，使用延遲異步加載的策略
   

3. 緩存雪崩

問(wèn)題：當(dāng)某一個(gè)時(shí)刻發(fā)生大規(guī)模的緩存失效的情況，會(huì)有大量請(qǐng)求打到數(shù)據(jù)庫(kù)，導(dǎo)致數(shù)據(jù)庫(kù)壓力過(guò)大而宕機(jī)

分析：一般來(lái)說(shuō)，由于更新策略、或者數(shù)據(jù)熱點(diǎn)、緩存服務(wù)宕機(jī)等原因，導(dǎo)致緩存數(shù)據(jù)同時(shí)大規(guī)模不可以。

解決辦法：

1. 緩存更新、失效策略在時(shí)間上做到比較均勻
2. 使用的熱數(shù)據(jù)盡量分散到不同機(jī)器上
3. 多臺(tái)機(jī)器做主從復(fù)制，實(shí)現(xiàn)高可用
4. 實(shí)現(xiàn)熔斷限流機(jī)制，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行負(fù)載能力控制
5. 使用本地緩存兜底
   

番外：

布隆過(guò)濾器：

目標(biāo)就是要基于過(guò)濾器已存儲(chǔ)生成的原始元數(shù)據(jù)，進(jìn)行比較過(guò)濾，如果是在原始元數(shù)據(jù)集合里面的，一定會(huì)被發(fā)現(xiàn)。也有可能不是里面的被誤殺。

BloomFilter 會(huì)開辟一個(gè)m位的bitArray（位數(shù)組），開始所有數(shù)據(jù)都部署為0，當(dāng)一個(gè)元素過(guò)來(lái)的時(shí)候，通過(guò)多個(gè)hash函數(shù)計(jì)算出不同的值，然后根據(jù)hash值找到對(duì)應(yīng)的下標(biāo)處，將里面的值改為1.

優(yōu)點(diǎn)：使用計(jì)算，節(jié)省存儲(chǔ)空間。

缺點(diǎn)：有失誤率。不是在過(guò)濾器原始表里的數(shù)據(jù)也會(huì)被誤算進(jìn)去。

使用場(chǎng)景：目標(biāo)就是要基于過(guò)濾器已存儲(chǔ)生成的原始元數(shù)據(jù)，進(jìn)行比較過(guò)濾，如果是在原始元數(shù)據(jù)集合里面的，一定會(huì)被發(fā)現(xiàn)。布隆過(guò)濾器核心正確的使用就是進(jìn)行過(guò)濾禁止，進(jìn)行正確的否定。

舉例：如我們有100萬(wàn)個(gè)黑名單的url地址，過(guò)來(lái)一個(gè)地址我們算出來(lái)不在里面，那就肯定可以放行。

BitMap：

BitMap的基本思想是用一個(gè)bit位來(lái)標(biāo)記某個(gè)元素對(duì)應(yīng)的值，這樣就可以大大節(jié)省空間。

在Java中一個(gè)int占4個(gè)字節(jié)，也就是32bit。按int存儲(chǔ)和按位存儲(chǔ)的大小差距是32倍。

那么怎么表示一個(gè)數(shù)呢？可以使用1表示存在，0表示不存在。

如下面：表示{2，6}

一個(gè)byte只有8個(gè)位置，如果想表示13怎么辦呢？只能再用一個(gè)byte了，就成了一個(gè)二維數(shù)組了

1個(gè)int占32位，那么我們只需要申請(qǐng)一個(gè)int數(shù)組長(zhǎng)度為 int tmp[1+N/32] 即可存儲(chǔ)，其中N表示要存儲(chǔ)的這些數(shù)中的最大值

使用場(chǎng)景：

• 1.快速排序
  

把數(shù)放進(jìn)去之后，遍歷一遍，把值是1的都取出來(lái)就排好序了。

• 2.快速去重
  

20億個(gè)整數(shù)中找出不重復(fù)的整數(shù)的個(gè)數(shù)？

內(nèi)存不足以容納這20億個(gè)整數(shù)。我們?cè)趺幢硎緮?shù)字的狀態(tài)呢？一個(gè)數(shù)的狀態(tài)可以分為3種，不存在、存在一次、存在兩次及以上。這就需要兩個(gè)bit來(lái)表示。00代表不存在，01代表一次，11代表兩次及以上。

接下來(lái)我們就把這20億個(gè)整數(shù)放進(jìn)去，如果狀態(tài)為00，就改為01，如果狀態(tài)為01就改為11.如果狀態(tài)為11，就不動(dòng)了。都放完后，遍歷取出值為01的，就是不重復(fù)的數(shù)據(jù)的個(gè)數(shù)。。

• 3. 快速查找

給定一個(gè)整數(shù)M，M/32就能得到int數(shù)組的下標(biāo)，M%32就知道在這個(gè)下標(biāo)里面的具體位置。

如13，就能算出在int[0]里面的第13個(gè)

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