高性能服务器架构思路「不仅是思路」

缓存的本质，除了让“已经处理过的数据，不需要重复处理”以外，还有“以快速的数据存储读写，代替较慢速的存储读写”的策略。我们在选择缓存策略进行时空转换的时候，必须明确我们要转换的时间和空间是否合理，是否能达到效果。比如早期有一些人会把WEB文件缓存在分布式磁盘上(例如NFS)，但是由于通过网络访问磁盘本身就是一个比较慢的操作，而且还会占用可能就不充裕的网络带宽空间，导致性能可能变得更慢。

在设计缓存机制的时候，我们还容易碰到另外一个风险，就是对缓存数据的编程处理问题。如果我们要缓存的数据，并不是完全无需处理直接读写的，而是需要读入内存后，以某种语言的结构体或者对象来处理的，这就需要涉及到“序列化”和“反序列化”的问题。如果我们采用直接拷贝内存的方式来缓存数据，当我们的这些数据需要跨进程、甚至跨语言访问的时候，会出现那些指针、ID、句柄数据的失效。因为在另外一个进程空间里，这些“标记型”的数据都是不存在的。因此我们需要更深入的对数据缓存的方法，我们可能会使用所谓深拷贝的方案，也就是跟着那些指针去找出目标内存的数据，一并拷贝。一些更现代的做法，则是使用所谓序列化方案来解决这个问题，也就是用一些明确定义了的“拷贝方法”来定义一个结构体，然后用户就能明确的知道这个数据会被拷贝，直接取消了指针之类的内存地址数据的存在。比如著名的Protocol Buffer就能很方便的进行内存、磁盘、网络位置的缓存;现在我们常见的JSON，也被一些系统用来作为缓存的数据格式。

但是我们需要注意的是，缓存的数据和我们程序真正要操作的数据，往往是需要进行一些拷贝和运算的，这就是序列化和反序列化的过程，这个过程很快，也有可能很慢。所以我们在选择数据缓存结构的时候，必须要注意其转换时间，否则你缓存的效果可能被这些数据拷贝、转换消耗去很多，严重的甚至比不缓存更差。一般来说，缓存的数据越解决使用时的内存结构，其转换速度就越快，在这点上，Protocol Buffer采用TLV编码，就比不上直接memcpy的一个C结构体，但是比编码成纯文本的XML或者JSON要来的更快。因为编解码的过程往往要进行复杂的查表映射，列表结构等操作。

缓存策略的难点

虽然使用缓存思想似乎是一个很简单的事情，但是缓存机制却有一个核心的难点，就是——缓存清理。我们所说的缓存，都是保存一些数据，但是这些数据往往是会变化的，我们要针对这些变化，清理掉保存的“脏”数据，却可能不是那么容易。

首先我们来看看最简单的缓存数据——静态数据。这种数据往往在程序的运行时是不会变化的，比如Web服务器内存中缓存的HTML文件数据，就是这种。事实上，所有的不是由外部用户上传的数据，都属于这种“运行时静态数据”。一般来说，我们对这种数据，可以采用两种建立缓存的方法：一是程序一启动，就一股脑把所有的静态数据从文件或者数据库读入内存;二就是程序启动的时候并不加载静态数据，而是等有用户访问相关数据的时候，才去加载，这也就是所谓lazy load的做法。第一种方法编程比较简单，程序的内存启动后就稳定了，不太容易出现内存漏洞(如果加载的缓存太多，程序在启动后立刻会因内存不足而退出，比较容易发现问题);第二种方法程序启动很快，但要对缓存占用的空间有所限制或者规划，否则如果要缓存的数据太多，可能会耗尽内存，导致在线服务中断。

（编辑：西安站长网）

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