5.1 分布式缓存架构
内容提要
分布式缓存架构中，缓存是介于数据源与访问者之间的高速存储，关键指标为命中率，受键集合大小、内存空间和生存时间影响。常见类型包括代理缓存、CDN、通读缓存和旁路缓存。需防范缓存雪崩、穿透，并做好预热。Redis支持复杂数据结构、主从复制和16384槽集群，优于Memcached。
延伸解读
缓存命中率：分布式缓存的核心指标
缓存命中率是衡量缓存有效性的关键指标，它取决于缓存键集合大小、可用内存空间和对象生存时间。键集合越小，重用机会越大；内存空间越大，能缓存的对象越多，命中率越高；TTL 越长，对象被重用的可能性也越高。因此，在设计缓存时，应尽量缩小键空间、合理分配内存并设置适当的过期时间，以提升整体性能。
缓存失效策略：如何平衡一致性与性能
缓存数据与数据源之间可能存在不一致，通常通过设置失效时间来容忍一定延迟。数据更新时，立即更新缓存会带来额外开销和事务一致性问题，更稳妥的做法是通知缓存失效并删除数据。此外，缓存雪崩、穿透和预热也是必须考虑的问题。例如，雪崩可通过高可用集群和熔断降级缓解，穿透可缓存空值并设置短 TTL，预热则能在系统启动时加载热点数据，避免初期性能波动。
Redis 与 Memcached：分布式缓存选型对比
Redis 相比 Memcached 支持更复杂的数据结构、多路复用异步 I/O、主从复制高可用以及原生集群模式。Redis 集群预分 16384 个槽，通过 CRC16 算法决定键的分布，客户端可连接任意节点，节点间相互通信。这些特性使 Redis 更适合需要高可用、复杂数据操作和水平扩展的场景，而 Memcached 则更简单，适用于纯键值缓存。
Q&A
什么是缓存？它和缓冲有什么区别？
缓存是介于数据访问者和数据源之间的高速存储，用于在数据需要多次读取时加快读取速度。缓冲常用于硬盘、网络等低速介质的读取。
影响缓存命中率的主要因素有哪些？
影响缓存命中率的主要因素有三个：缓存键集合大小、缓存可使用内存空间、缓存对象生存时间（TTL）。键集合越小、内存空间越大、生存时间越长，命中率通常越高。
常见的缓存类型有哪些？
常见的缓存类型包括代理缓存、内容分发网络（CDN）、通读缓存（read-through）和旁路缓存（cache-aside）。其中代理缓存、反向代理缓存和CDN都属于通读缓存；对象缓存是一种旁路缓存。
什么是缓存雪崩？如何应对？
缓存雪崩是指缓存服务器崩溃后，数据库因无法承受全部访问压力而宕机，导致整个网站不可用。应对措施包括缓存预热（启动时加载热点数据）等。
缓存穿透是什么？有什么简单的解决办法？
缓存穿透是指持续高并发请求某个不存在的数据，由于缓存没有保存该数据，所有请求都落到数据库上，造成巨大压力甚至崩溃。简单的对策是将不存在的数据也缓存起来（value为null），并设定较短的失效时间。
Redis和Memcached相比有哪些优势？
Redis相比Memcached的优势包括：支持复杂的数据结构、支持多路复用异步I/O实现高性能、支持主从复制高可用、原生集群与share nothing集群模式。
Redis集群是如何分片的？
Redis集群预分好16384个桶（slot），当需要在集群中放置一个key-value时，根据CRC16(key) mod 16384的值决定将key放到哪个桶中。所有物理节点映射到[0-16383] slot上，cluster负责维护slot与服务器的映射关系。
