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通俗讲解:缓存、缓存算法和缓存框架

算法与数据结构  · 公众号  · 算法  · 2016-11-01 10:55

正文

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存储成本:


当没有命中时,我们会从数据库取出数据,然后放入缓存。而把这个数据放入缓存所需要的时间和空间,就是存储成本。


索引成本:


和存储成本相仿。


失效:


当存在缓存中的数据需要更新时,就意味着缓存中的这个数据失效了。


替代策略:


当缓存没有命中时,并且缓存容量已经满了,就需要在缓存中踢出一个老的条目,加入一条新的条目,而到底应该踢出什么条目,就由替代策略决定。


最优替代策略:


最优的替代策略就是想把缓存中最没用的条目给踢出去,但是未来是不能够被预知的,所以这种策略是不可能实现的。但是有很多策略,都是朝着这个目前去努力。


Java 街恶梦:


当 programmer one 在读这篇文章的时候,他睡着了,并且做了个恶梦(每个人都有做恶梦的时候)。


programmer one:nihahha,我要把你弄失效!(疯狂的状态)

缓存对象:别别,让我活着,他们还需要我,我还有孩子。


programmer one:每个缓存对象在失效之前都会那样说。你从什么时候开始有孩子的?不用担心,现在就永远消失吧!


哈哈哈哈哈……programmer one 恐怖的笑着,但是警笛打破了沉静,警察把 programmer one 抓了起来,并且控告他杀死了(失效)一个仍需被使用的缓存对象,他被押到了监狱。


programmer one 突然醒了,他被吓到了,浑身是汗,他开始环顾四周,发现这确实是个梦,然后赶紧继续阅读这篇文章,努力的消除自己的恐慌。


在programmer one 醒来之后,他又开始阅读文章了。

7
缓存算法


没有人能说清哪种缓存算法优于其他的缓存算法


Least Frequently Used(LFU):


大家好,我是 LFU,我会计算为每个缓存对象计算他们被使用的频率。我会把最不常用的缓存对象踢走。


Least Recently User(LRU):


我是 LRU 缓存算法,我把最近最少使用的缓存对象给踢走。


我总是需要去了解在什么时候,用了哪个缓存对象。如果有人想要了解我为什么总能把最近最少使用的对象踢掉,是非常困难的。


浏览器就是使用了我(LRU)作为缓存算法。新的对象会被放在缓存的顶部,当缓存达到了容量极限,我会把底部的对象踢走,而技巧就是:我会把最新被访问的缓存对象,放到缓存池的顶部。


所以,经常被读取的缓存对象就会一直呆在缓存池中。有两种方法可以实现我,array 或者是 linked list。


我的速度很快,我也可以被数据访问模式适配。我有一个大家庭,他们都可以完善我,甚至做的比我更好(我确实有时会嫉妒,但是没关系)。我家庭的一些成员包括 LRU2 和 2Q,他们就是为了完善 LRU 而存在的。


Least Recently Used 2(LRU2):


我是 Least Recently Used 2,有人叫我最近最少使用 twice,我更喜欢这个叫法。我会把被两次访问过的对象放入缓存池,当缓存池满了之后,我会把有两次最少使用的缓存对象踢走。因为需要跟踪对象2次,访问负载就会随着缓存池的增加而增加。如果把我用在大容量的缓存池中,就会有问题。另外,我还需要跟踪那么不在缓存的对象,因为他们还没有被第二次读取。我比LRU好,而且是 adoptive to access 模式 。


Two Queues(2Q):


我是 Two Queues;我把被访问的数据放到 LRU 的缓存中,如果这个对象再一次被访问,我就把他转移到第二个、更大的 LRU 缓存。


我踢走缓存对象是为了保持第一个缓存池是第二个缓存池的1/3。当缓存的访问负载是固定的时候,把 LRU 换成 LRU2,就比增加缓存的容量更好。这种机制使得我比 LRU2 更好,我也是 LRU 家族中的一员,而且是 adoptive to access 模式 。


Adaptive Replacement Cache(ARC):


我是 ARC,有人说我是介于 LRU 和 LFU 之间,为了提高效果,我是由2个 LRU 组成,第一个,也就是 L1,包含的条目是最近只被使用过一次的,而第二个 LRU,也就是 L2,包含的是最近被使用过两次的条目。因此, L1 放的是新的对象,而 L2 放的是常用的对象。所以,别人才会认为我是介于 LRU 和 LFU 之间的,不过没关系,我不介意。


我被认为是性能最好的缓存算法之一,能够自调,并且是低负载的。我也保存着历史对象,这样,我就可以记住那些被移除的对象,同时,也让我可以看到被移除的对象是否可以留下,取而代之的是踢走别的对象。我的记忆力很差,但是我很快,适用性也强。


Most Recently Used(MRU):


我是 MRU,和 LRU 是对应的。我会移除最近最多被使用的对象,你一定会问我为什么。好吧,让我告诉你,当一次访问过来的时候,有些事情是无法预测的,并且在缓存系统中找出最少最近使用的对象是一项时间复杂度非常高的运算,这就是为什么我是最好的选择。


我是数据库内存缓存中是多么的常见!每当一次缓存记录的使用,我会把它放到栈的顶端。当栈满了的时候,你猜怎么着?我会把栈顶的对象给换成新进来的对象!








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