數據庫緩存策略

以下是數據庫與緩存的五種常見策略。

1緩存旁路

• 緩存旁路（Cache-Aside）
  • 在緩存旁路策略中，數據庫緩存位于數據庫旁邊。
  • 當應用程序請求數據時，它會首先檢查緩存
    • 如果緩存中存在數據（緩存命中），則會直接返回數據
    • 如果緩存中沒有數據（緩存未命中），則應用程序將查詢數據庫，然后將數據存儲在緩存中，并將其返回給應用程序，以供后續的查詢使用。
  • 緩存旁路設計是一種優秀的通用緩存策略
    • 這種策略特別適用于讀取密集的工作負載的應用程序
    • 它將經常讀取的數據保持在附近，以滿足眾多的讀取請求
  • 將緩存和數據庫分開還帶來了兩個額外的好處
    • 在緩存出現故障的情況下，仍然可以從數據庫中讀取數據，從而增加了一定的彈性
    • 由于緩存與數據庫分離，因此可以獨立擴展緩存和數據庫，從而提高了整個系統的可伸縮性
  • 注意
    • 緩存旁路策略主要缺點是數據庫中的不一致性問題
      • 當應用程序更新數據庫中的數據時，緩存中的數據將過時
      • 為了解決這個問題，我們可以使用緩存失效策略
    • 對于任何數據的寫入操作，應用程序仍然會直接訪問數據庫

2讀取穿透

• 讀取穿透（Read-Through）
  • 在讀取穿透緩存的策略中，緩存位于應用程序和數據庫之間
  • 在這種策略下，應用程序總是與緩存進行讀取交互
    • 當緩存命中時，數據會立即返回
    • 當緩存未命中時，緩存會從數據庫中獲取缺失的數據，然后將其返回給應用程序
  • 對于任何數據的寫入操作，應用程序仍然會直接訪問數據庫

3寫入穿透

• 寫入穿透（Write-Through）
  • 寫入穿透緩存策略不是直接將數據寫入數據庫，而是首先將數據寫入緩存，然后緩存立即將數據寫入數據庫
• 寫入穿透策略的好處在于，確保緩存中具有所有寫入的數據，并且任何新的讀取請求不會因為緩存從主數據庫請求數據而遇到延遲。如果僅采用這種安排，缺點是會產生額外的寫入延遲，因為操作必須經過緩存然后再寫入數據庫。盡管這應該是立即發生的，但仍然存在兩次連續寫入的情況。
• 真正的好處來自于將寫入穿透與讀取穿透緩存配對使用的策略。這種策略將采用讀取穿透緩存策略的所有優點，并增加了消除數據不一致的潛在優勢。通過使用這種組合策略，可以實現寫入數據的高效緩存和讀取數據的快速訪問，同時保持數據的一致性。

4寫入回寫

• 寫入回寫（Write-Back）
  • 與寫入穿透策略幾乎完全相同，只有一個關鍵細節不同。在寫回策略中，應用程序再次直接將數據寫入緩存。然而，緩存不會立即將數據寫入數據庫，而是會延遲一段時間后再進行寫入。
  • 通過在寫入數據庫時延遲而不是立即進行，可以減輕寫入密集工作負載對緩存的壓力。這使得寫回和讀取穿透的組合對于混合工作負載非常適用。這種組合確保最近寫入的數據和訪問的數據始終存在，并可通過緩存進行訪問
  • 緩存到數據庫寫入的延遲可以改善整體寫入性能，并且如果支持批處理，則可以減少總體寫入量。這為一些成本節約和整體工作負載減輕帶來了潛在的機會。然而，在緩存發生故障的情況下，這種延遲可能會導致可能數據丟失的風險，特別是如果批處理或延遲寫入數據庫尚未發生。
  • 寫回策略的另一個缺點是，如果緩存發生故障，那么緩存中的數據可能會丟失。這種情況下，數據庫中的數據將是最新的，但是緩存中的數據將是過時的。這種情況下，應用程序將無法從緩存中讀取數據，直到緩存恢復正常為止。

5寫入旁路

• 寫入旁路（Write-Around）
  • 寫入旁路緩存策略將與緩存旁路或讀取穿透緩存策略相結合
  • 在這種情況下，數據總是被寫入數據庫，而讀取的數據會被放入緩存
  • 如果發生緩存未命中，則應用程序會從數據庫讀取數據，然后更新緩存以備下次使用
• 這種特定的策略在數據僅被寫入一次且不進行更新的情況下表現最佳。數據很少被讀取或根本不被讀取。