系统的讲解-PHP-缓存技术

jiezi

6 年前

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 > 内存缓存 > 硬盘缓存）。

接下来，给大家逐一进行介绍。

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。

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

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');

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

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。

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（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。

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/…

Memcached 经常拿来与 Redis 做对比，接下来介绍下 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 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

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>

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：proxy_cache_path 和 proxy_cache，进行缓存的设置。

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（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…

eAccelerator：A PHP opcode cache。

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

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/

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？

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。

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 = user_data_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 = user_data_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。

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。

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。

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。

系统的讲解 – SSO 单点登录
系统的讲解 – PHP WEB 安全防御
系统的讲解 – PHP 接口签名验证
系统的讲解 – PHP 浮点数高精度运算

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系统的讲解-PHP-缓存技术

概述

浏览器缓存

强缓存

协商缓存

用户操作行为对缓存的影响

文件缓存

数据文件缓存

全站静态化

CDN 缓存

NoSQL 缓存

Memcached 缓存

Redis 缓存

MongoDB 缓存

WEB 服务器缓存

Apache 缓存

Nginx 缓存

Opcode 缓存

APC 缓存

eAccelerator

XCache

小结

关于缓存的常见问题

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

如何保证，缓存与数据库的数据一致性？

缓存穿透怎么办？

雪崩怎么办？

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