系统的讲解 - PHP 缓存技术

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2019-03-12
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概述

缓存已经成了项目中是必不可少的一部分,它是提高性能最好的方式,例如减少网络I/O、减少磁盘I/O 等,使项目加载速度变的更快。

缓存可以是CPU缓存、内存缓存、硬盘缓存,不同的缓存查询速度也不一样(CPU缓存 优于 内存缓存 优于 硬盘缓存)。

接下来,给大家逐一进行介绍。

浏览器缓存

浏览器将请求过的页面存储在客户端缓存中,当访问者再次访问这个页面时,浏览器就可以直接从客户端缓存中读取数据,减少了对服务器的访问,加快了网页的加载速度。

强缓存

用户发送的请求,直接从客户端缓存中获取,不请求服务器。

根据 Expires 和 Cache-Control 判断是否命中强缓存。

代码如下:

    header('Expires: '. gmdate('D, d M Y H:i:s', time() + 3600). ' GMT');

    header("Cache-Control: max-age=3600"); //有效期3600秒

Cache-Control 还可以设置以下参数:

  • public:可以被所有的用户缓存(终端用户的浏览器/CDN服务器)

  • private:只能被终端用户的浏览器缓存

  • no-cache:不使用本地缓存

  • no-store:禁止缓存数据

协商缓存

用户发送的请求,发送给服务器,由服务器判定是否使用客户端缓存。

代码如下:

    $last_modify = strtotime($_SERVER['HTTP_IF_MODIFIED_SINCE']);

    if (time() - $last_modify < 3600) {

    header('Last-Modified: '. gmdate('D, d M Y H:i:s', $last_modify).' GMT');

    header('HTTP/1.1 304'); //Not Modified

    exit;

    }

    header('Last-Modified: '. gmdate('D, d M Y H:i:s').' GMT');

用户操作行为对缓存的影响

操作行为 Expires Last-Modified
地址栏回车 有效 有效
页面跳转 有效 有效
新开窗口 有效 有效
前进/后退 有效 有效
F5刷新 无效 有效
Ctrl+F5刷新 无效 无效

文件缓存

数据文件缓存

将更新频率低,读取频率高的数据,缓存成文件。

比如,项目中多个地方用到城市数据做三级联动,我们就可以将城市数据缓存成一个文件(city_data.json),JS 可以直接读取这个文件,无需请求后端服务器。

全站静态化

CMS(内容管理系统),也许大家都比较熟悉,比如早期的 DEDE、PHPCMS,后台都可以设置静态化HTML,用户在访问网站的时候读取的都是静态HTML,不用请求后端的数据库,也不用Ajax请求数据接口,加快了网站的加载速度。

静态化HTML有以下优点:

  • 有利于搜索引擎的收录(SEO)

  • 页面打开速度快

  • 减少服务器负担

CDN缓存

CDN(Content Delivery Network)内容分发网络。

用户访问网站时,自动选择就近的CDN节点内容,不需要请求源服务器,加快了网站的打开速度。

缓存主要包括 HTML、图片、CSS、JS、XML 等静态资源。

NoSQL缓存

Memcached 缓存

Memcached 是高性能的分布式内存缓存服务器。

一般的使用目的是,通过缓存数据库查询结果,减少数据库访问次数,以提高动态Web应用的速度、提高可扩展性。

它也能够用来存储各种格式的数据,包括图像、视频、文件等。

Memcached 仅支持K/V类型的数据,不支持持久化存储。

Memcache 与 Memcached 的区别

  • Memcached 从0.2.0开始,要求PHP版本>=5.2.0,Memcache 要求PHP版本>=4.3。

  • Memcached 最后发布时间为2018-12-24,Memcache 最后发布时间2013-04-07。

  • Memcached 基于libmemcached,Memcache 基于PECL扩展。

可以将 Memcached 看作是 Memcache 的升级版。

PHP Memcached 使用手册:

http://www.php.net/manual/zh/book.memcached.php

Memcached 经常拿来与 Redis 做对比,接下来介绍下 Redis 缓存。

Redis缓存

Redis 是一个高性能的 K/V 数据库。

Redis 很大程度补偿了 Memcached K/V存储的不足,比如 List(链表)、Set(集合)、Zset(有序集合)、Hash(散列),既可以将数据存储在内存中,也可以将数据持久化到磁盘上,支持主从同步。

总的来说,可以将 Redis 看作是 Memcached 的扩展版,更加重量级,功能更强大。

Redis 在日常工作中使用的居多。

Redis 学习网址:http://www.redis.cn/

MongoDB缓存

MongoDB 是一个基于分布式文件存储的数据库。由 C++ 语言编写。

旨在为 WEB 应用提供可扩展的高性能数据存储解决方案。

MongoDB 是一个介于关系数据库和非关系数据库之间的产品,是非关系数据库当中功能最丰富,最像关系数据库的。

MongoDB 学习网址:http://www.mongodb.org.cn

WEB服务器缓存

Apache缓存

利用 mod_expires ,指定缓存的过期时间,可以缓存HTML、图片、JS、CSS 等。

打开 http.conf,开启模块:

                                

    LoadModule expires_module modules/mod_expires .so

指定缓存的过期时间:

    <IfModule expires_module>

    #打开缓存

    ExpiresActive on

    #css缓存(8640000秒=10天)

    ExpiresByType text/css A8640000

    #js缓存

    ExpiresByType application/x-javascript A8640000

    ExpiresByType application/javascript A8640000

    #html缓存

    ExpiresByType text/html A8640000

    #图片缓存

    ExpiresByType image/jpeg A8640000

    ExpiresByType image/gif A8640000

    ExpiresByType image/png A8640000

    ExpiresByType image/x-icon A8640000

    </IfModule>

Nginx缓存

利用 expire 参数,指定缓存的过期时间,可以缓存HTML、图片、JS、CSS 等。

打开 nginx.conf

    //以图片为例:

    location ~\.(gif|jpg|jepg|png|bmp|ico)$ { #加入新的location

    root html;

    expires 1d; #指定缓存时间

    }

大家也可以了解下:proxycachepath 和 proxy_cache,进行缓存的设置。

Opcode缓存

Opcode(Operate Code)操作码。

PHP程序运行完后,马上释放所有内存,所有程序中的变量都销毁,每次请求都要重新翻译、执行,导致速度可能会偏慢。

当解释器完成对脚本代码的分析后,便将它们生成可以直接运行的中间代码,也称为操作码。

操作码 的目地是避免重复编译,减少CPU和内存开销。

APC缓存

APC(Alternative PHP Cache)可选 PHP 缓存。

APC 的目标是提供一个自由、 开放,和健全的框架,用于缓存、优化 PHP 中间代码。

APC 可以去掉 php 动态解析以及编译的时间,使php脚本可以执行的更快。

APC 扩展最后的发布时间为 2012-09-03。

感兴趣可以了解下,官方介绍:http://php.net/manual/zh/book.apc.php

eAccelerator

eAccelerator:A PHP opcode cache。

感兴趣可以了解下,官方介绍:http://eaccelerator.net/

XCache

XCache 是一个又快又稳定的 PHP opcode 缓存器。

感兴趣可以了解下,官方介绍:http://xcache.lighttpd.net/

小结

文章主要简单的介绍了 浏览器缓存、文件缓存、NoSQL缓存、WEB服务器缓存、Opcode缓存。

每一种缓存都可以深入研究,从介绍 -> 安装 -> 使用 -> 总结应用场景。

大家可以思考下,通过上面的介绍,工作中我们使用了哪些缓存?

还可以再使用哪些缓存,可以对我们的项目有帮助?

关于缓存的常见问题

用过缓存,大家肯定遇到过比较头痛的问题,比如数据一致性,雪崩,热点数据缓存,缓存监控等等。

给大家列出几个问题,纯属抛转引玉。

当项目中使用到缓存,我们是选择 Redis 还是 Memcached ,为什么?

举一些场景:

一、比如实现一个简单的日志收集功能或发送大量短信、邮件的功能,实现方式是先将数据收集到队列中,然后有一个定时任务去消耗队列,处理该做的事情。

直接使用 Redis 的 lpush,rpop 或 rpush,lpop。

    //进队列

    $redis->lpush(key, value);

    //出队列

    $redis->rpop(key);

Memcached 没有这种数据结构。

二、比如我们要存储用户信息,ID、姓名、电话、年龄、身高 ,怎么存储?

方案一:key => value

key = userdata用户ID

value = json_encode(用户数据)

查询时,先取出key,然后进行json_decode解析。

方案二:hash

key = userdata用户ID

hashKey = 姓名,value = xx

hashKey = 电话,value = xx

hashKey = 年龄,value = xx

hashKey = 身高,value = xx

查询时,取出key即可。

    //新增

    $redis->hSet(key, hashKey, value);

    $redis->hSet(key, hashKey, value);

    $redis->hSet(key, hashKey, value);

    //编辑

    $redis->hSet(key, hashKey, value);

    //查询

    $redis->hGetAll(key); //查询所有属性

    $redis->hGet(key, hashKey); //查询某个属性

方案二 优于 方案一。

三、比如社交项目类似于新浪微博,个人中心的关注列表和粉丝列表,双向关注列表,还有热门微博,还有消息订阅 等等。

以上都用 Redis 提供的相关数据结构即可。

四、Memcached 只存储在内存中,而 Redis 既可以存储在内存中,也可以持久化到磁盘上。

如果需求中的数据需要持久化,请选择 Redis 。

个人在工作中没有用到 Memcached ,通过查询资料得到 Memcached 内存分配时优于 Redis。

Memcached 默认使用 Slab Allocation 机制管理内存,按照预先规定的大小,将分配的内存分割成特定长度的块以存储相应长度的key-value数据记录,以完全解决内存碎片问题。

如何保证,缓存与数据库的数据一致性?

新增数据:先新增到数据库,再新增到缓存。

编辑数据:先删除缓存数据,再修改数据库中数据,再新增到缓存。

删除数据:先删除缓存数据,再删除数据库中数据。

查询数据:先查询缓存数据,没有,再查询数据库,再新增到缓存。

强一致性是很难保证的,比如事务一致性,时间点一致性,最终一致性等。

具体问题具体分析吧。

缓存穿透怎么办?

用户请求缓存中不存在的数据,导致请求直接落在数据库上。

一、设置有规则的Key值,先验证Key是否符合规范。

二、接口限流、降级、熔断,请研究 istio:https://istio.io/

三、布隆过滤器。

四、为不存在的key值,设置空缓存和过期时间,如果存储层创建了数据,及时更新缓存。

雪崩怎么办?

一、互斥锁,只允许一个请求去重建索引,其他请求等待缓存重建执行完,重新从缓存获取数据。

二、双缓存策略,原始缓存和拷贝缓存,当原始缓存失效请求拷贝缓存,原始缓存失效时间设置为短期,拷贝缓存设置为长期。

已上,纯属抛转引玉,结合自己的情况,具体问题,具体分析吧。

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