【高并发】面试官：说说缓存最关心的问题？有哪些类型？回收策略和算法？

写在前面



往往开始做一个项目时，不会过多的考虑性能问题，以快速迭代功能为主。后续随着业务的快速发展，系统运行的性能越来越慢，此时，就需要对系统进行相应的优化，而效果最显著的就是给系统加上缓存。那么，问题来了，当你为系统加上缓存时，有没有考虑过使用缓存需要注意哪些事项呢？



缓存命中率



缓存命中率是从缓存中读取数据的次数与总读取次数的比率，命中率越高越好。缓存命中率=从缓存中读取次数 / (总读取次数 (从缓存中读取次数 + 从慢速设备上读取次数))。这是一个非常重要的监控指标，如果做缓存，则应通过监控这个指标来看缓存是否工作良好。



缓存类型



缓存类型总体上来看，可以分为：堆缓存、堆外缓存、磁盘缓存和分布式缓存。





堆内存



使用Java堆内存来存储对象。使用堆缓存的好处是没有序列化/反序列化，是最快的缓存。缺点也很明显，当缓存的数据量很大时，GC（垃圾回收）暂停时间会变长，存储容量受限于堆空间大小。一般通过软引用/弱引用来存储缓存对象。即当堆内存不足时，可以强制回收这部分内存释放堆内存空间。一般使用堆缓存存储较热的数据。可以使用Guava Cache、Ehcache 3.x、 MapDB实现。



堆外内存



即缓存数据存储在堆外内存，可以减少GC暂停时间（堆对象转移到堆外，GC扫描和移动的对象变少了），可以支持更多的缓存空间（只受机器内存大小限制，不受堆空间的影响）。但是，读取数据时需要序列化/反序列化。因此，会比堆缓存慢很多。可以使用Ehcache 3.x、 MapDB实现。



磁盘缓存



即缓存数据存储在磁盘上，在JVM重启时数据还存在，而堆/堆外缓存数据会丢失，需要重新加载。可以使用Ehcache 3.x、MapDB实现。



分布式缓存



分布式缓存可以使用ehcache-clustered(配合Terracotta server)实现Java进程间分布式缓存。也可以使用Memcached、Redis实现。



使用分布式缓存时，有两种模式如下：



• 单机模式：存储最热的数据到堆缓存，相对热的数据到堆外缓存，不热的数据到磁盘缓存。

• 集群模式：存储最热的数据到堆缓存，相对热的数据到对外缓存，全量数据到分布式缓存。



缓存回收策略



缓存的回收策略总体上来说包含：基于空间的回收策略、基于容量（空间）的回收策略、基于时间的回收策略和基于对象引用的回收策略。



基于空间



基于空间指缓存设置了存储空间，如设置为10MB，当达到存储空间上限时，按照一定的策略移除数据。



基于容量



基于容量指缓存设置了最大大小，当缓存的条目超过最大大小时，按照一定的策略移除旧数据。



基于时间



TTL(Time To Live):存活期，即缓存数据从创建开始直到到期的一个时间段（不管在这个时间段内有没有被访问，缓存数据都将过期）。

TTI(Time To Idle)：空闲期，即缓存数据多久没被访问后移除缓存的时间。



基于对象引用



软引用：如果一个对象是软引用，则当JVM堆内存不足时，垃圾回收器可以回收这些对象。软引用适合用来做缓存，从而当JVM堆内存不足时，可以回收这些对象腾出一些空间供强引用对象使用，从而避免OOM。

弱引用：当垃圾回收器回收内存时，如果发现弱引用，则将它立即回收。相对于软引用，弱引用有更短的生命周期。



注意：只有在没有其他强引用对象引用弱引用/软引用对象时，垃圾回收时才回收该引用。即如果有一个对象（不是弱引用/软引用对象）引用了弱引用/软引用对象，那么垃圾回收时不会回收该弱引用/软引用对象。



回收算法



使用基于空间和基于容量的缓存会使用一定的策略移除旧数据，通常包含：FIFO算法、LRU算法和LFU算法。



• FIFO(First In First Out)：先进先出算法，即先放入缓存的先被移除。

• LRU(Least Recently Used)：最近最少使用算法，时间时间距离现在最久的那个被移除。

• LFU(Least Frequently Used)：最不常用算法，一定时间段内使用次数（频率）最少的那个被移除。



实际应用中基于LRU的缓存居多。

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