緩存失效是從緩存中移除或更新過時(shí)數(shù)據(jù)的過程，以確保僅存儲(chǔ)最新、最準(zhǔn)確的信息。緩存通過臨時(shí)在內(nèi)存中存儲(chǔ)頻繁訪問的數(shù)據(jù)，提高了應(yīng)用程序的性能，減少了從較慢的存儲(chǔ)系統(tǒng)中獲取數(shù)據(jù)的需求。然而，當(dāng)原始數(shù)據(jù)發(fā)生變化時(shí)，必須更新或使緩存失效，以保持?jǐn)?shù)據(jù)的一致性。

1、緩存失效策略

存在幾種緩存失效策略，每種策略都有其優(yōu)缺點(diǎn)：

透寫緩存

在這種機(jī)制下，數(shù)據(jù)同時(shí)寫入緩存和相應(yīng)的數(shù)據(jù)庫。緩存的數(shù)據(jù)可以快速獲取，由于相同的數(shù)據(jù)同時(shí)寫入永久存儲(chǔ)，我們可以在緩存和存儲(chǔ)間保持完全的數(shù)據(jù)一致性。此外，這種機(jī)制確保在系統(tǒng)崩潰、電力故障或其他系統(tǒng)中斷時(shí)不會(huì)丟失任何數(shù)據(jù)。雖然透寫最小化了數(shù)據(jù)丟失的風(fēng)險(xiǎn)，但由于每個(gè)寫操作都必須在返回給客戶端成功之前執(zhí)行兩次，因此這種機(jī)制的缺點(diǎn)是寫操作的延遲較高。

示例：電商網(wǎng)站實(shí)時(shí)更新其產(chǎn)品庫存。每當(dāng)產(chǎn)品的庫存變化時(shí)，緩存也會(huì)更新以反映新的庫存數(shù)量。

繞寫緩存

這種技術(shù)與透寫緩存類似，但數(shù)據(jù)直接寫入永久存儲(chǔ)，繞過緩存。這可以減少緩存被寫操作淹沒的情況，這些寫操作隨后可能不會(huì)再被讀取，但缺點(diǎn)是對(duì)最近寫入的數(shù)據(jù)的讀請(qǐng)求會(huì)產(chǎn)生“緩存未命中”，必須從較慢的后端存儲(chǔ)中讀取，因而會(huì)經(jīng)歷更高的延遲。

示例：一個(gè)應(yīng)用程序更新用戶配置信息，這些信息被訪問的頻率不高。應(yīng)用程序?qū)⑿聰?shù)據(jù)直接寫入數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，避免了不必要的緩存更新。

回寫緩存（或稱為懶惰寫入）

在這種方案中，數(shù)據(jù)只寫入緩存，并立即向客戶端確認(rèn)完成。根據(jù)某些條件（例如，系統(tǒng)需要一些空閑空間時(shí)），再將數(shù)據(jù)寫入永久存儲(chǔ)。這種方式帶來了低延遲和高吞吐量，非常適用于寫入密集型應(yīng)用程序；然而，這種速度也帶來了在系統(tǒng)崩潰或其他不利事件發(fā)生時(shí)的數(shù)據(jù)丟失風(fēng)險(xiǎn)，因?yàn)閷懭氲臄?shù)據(jù)的唯一副本只存在于緩存中。

示例：設(shè)想一個(gè)協(xié)作文檔編輯應(yīng)用程序，該應(yīng)用程序允許多個(gè)用戶同時(shí)對(duì)一個(gè)文檔進(jìn)行修改。當(dāng)用戶進(jìn)行更改時(shí)，這些更改首先保存到緩存，使應(yīng)用程序能快速響應(yīng)并提供流暢的編輯體驗(yàn)。當(dāng)滿足某些條件（例如，更改數(shù)量達(dá)到一定閾值）時(shí)，應(yīng)用程序?qū)⒕彺娴母膶懟氐綌?shù)據(jù)存儲(chǔ)，用所有用戶的最新更改更新文檔。這種方法最小化了對(duì)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的寫入操作次數(shù)，減輕了存儲(chǔ)系統(tǒng)的負(fù)擔(dān)，提高了應(yīng)用程序的整體性能。

后寫緩存

它與回寫緩存非常相似。在這種方案中，數(shù)據(jù)被寫入緩存并立即向應(yīng)用程序確認(rèn)，但并不立即寫入永久存儲(chǔ)。相反，寫操作被推遲，數(shù)據(jù)最終在稍后的時(shí)間被寫入永久存儲(chǔ)。回寫緩存和后寫緩存的主要區(qū)別在于數(shù)據(jù)寫入永久存儲(chǔ)的時(shí)間。在回寫緩存中，只有在緩存需要釋放空間或發(fā)生某個(gè)事件時(shí)，數(shù)據(jù)才會(huì)被寫入永久存儲(chǔ)。而在后寫緩存中，數(shù)據(jù)會(huì)在指定的時(shí)間間隔被寫入永久存儲(chǔ)。

示例：文檔編輯應(yīng)用程序在用戶編輯時(shí)將更改臨時(shí)保存到緩存。周期性地，將更改寫回到數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，以減少寫入操作的數(shù)量。

2、緩存失效方法

以下是一些著名的緩存失效方法：

清除

清除方法會(huì)移除特定對(duì)象、URL或一組URL的緩存內(nèi)容。當(dāng)內(nèi)容有更新或變化，并且緩存版本已不再有效時(shí)，通常會(huì)使用這種方法。收到清除請(qǐng)求后，緩存內(nèi)容會(huì)立即被移除，下一次對(duì)內(nèi)容的請(qǐng)求將直接從源服務(wù)器獲取。

示例：新聞網(wǎng)站在對(duì)特定文章進(jìn)行了重大更新后，會(huì)從其緩存中清除該文章，確保用戶獲得的是最新版本。

刷新

刷新方法會(huì)從源服務(wù)器獲取請(qǐng)求的內(nèi)容，即使有可用的緩存版本。當(dāng)收到刷新請(qǐng)求時(shí)，緩存將用來自源服務(wù)器的最新版本更新內(nèi)容，以確保信息的準(zhǔn)確性。不同于清除，刷新請(qǐng)求并不移除已存在的緩存內(nèi)容，而是將其更新為最新版本。

示例：當(dāng)電商網(wǎng)站有新的促銷活動(dòng)時(shí)，會(huì)刷新產(chǎn)品頁面的緩存，以顯示更新后的價(jià)格信息。

Ban

Ban方法根據(jù)特定的條件（如URL模式或頭部信息）使緩存內(nèi)容失效。收到封禁請(qǐng)求后，任何符合指定條件的緩存內(nèi)容將被立即移除。后續(xù)的內(nèi)容請(qǐng)求將直接從源服務(wù)器獲取，以確保用戶收到最新且相關(guān)的信息。

示例：當(dāng)某個(gè)標(biāo)簽被修改時(shí)，內(nèi)容管理系統(tǒng)會(huì)封禁所有帶有該特定標(biāo)簽的緩存內(nèi)容，確保用戶只看到更新過的內(nèi)容。

生存時(shí)間（TTL）過期

此方法涉及為緩存內(nèi)容設(shè)置一個(gè)生存時(shí)間，過了這個(gè)時(shí)間，內(nèi)容就被認(rèn)為是過期的，必須進(jìn)行刷新。當(dāng)收到內(nèi)容請(qǐng)求時(shí)，緩存檢查生存時(shí)間，如果該值尚未過期，就提供緩存的內(nèi)容。如果該值已過期，緩存就會(huì)從源服務(wù)器獲取內(nèi)容的最新版本并將其緩存。

示例：天氣網(wǎng)站為其天氣預(yù)報(bào)數(shù)據(jù)設(shè)置1小時(shí)的生存時(shí)間，以確保用戶收到相對(duì)最新的天氣信息，同時(shí)不會(huì)對(duì)源服務(wù)器造成過大負(fù)擔(dān)。

舊數(shù)據(jù)再驗(yàn)證

此方法在網(wǎng)頁瀏覽器和CDN中被用來在背景更新內(nèi)容時(shí)提供舊的緩存內(nèi)容。當(dāng)收到某個(gè)內(nèi)容的請(qǐng)求時(shí)，立即將緩存版本提供給用戶，并向源服務(wù)器發(fā)送異步請(qǐng)求以獲取內(nèi)容的最新版本。一旦最新版本可用，就更新緩存版本。這種方法確保用戶總是可以快速獲取內(nèi)容，即使緩存版本略有過時(shí)。

示例：媒體流平臺(tái)使用舊數(shù)據(jù)再驗(yàn)證方法提供視頻縮略圖，確保用戶可以快速瀏覽目錄，同時(shí)平臺(tái)在后臺(tái)更新縮略圖圖像。

結(jié)論

緩存失效策略應(yīng)謹(jǐn)慎選擇，以平衡性能和數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性之間的權(quán)衡。通過理解不同的緩存失效策略，軟件工程師可以選擇適當(dāng)?shù)牟呗詠韮?yōu)化緩存性能，降低延遲，同時(shí)確保存儲(chǔ)在緩存中的數(shù)據(jù)準(zhǔn)確且最新。