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全站缓存时代

2017-01-18  本文已影响420人  流星狂飙

原则：动静分离，分级缓存，主动失效。

Web 开发中，接口会被分为以下几类：

  1. 纯静态页面。打死我都不会修改的页面。很长一段时间内，基本上不会修改。比如：关于我们。
  2. 纯动态页面。实时性，个性化要求比较高。页面变化很大，或者每个用户看到的都不一样，比如：朋友圈。
  3. 短时静态页面。在一定时间内基本不会变化，或者是容忍不需要实时更新。比如：文章、新闻。
  4. 动静结合页面。这个页面既有动态，也有静态内容。也是实际应用中最多的。

对于以上类型的页面，可以做不同的缓存方案。各位大神们应该根据自己业务的情况，灵活调整缓存方案。以下内容可以作为参考。

模板渲染

高速发展的模板引擎，给前端渲染带来了活力。Mustache、jade、hbs 灵活的模板语法让页面开发变得更省力和高效。

HtmlDOM == VeiwEngine.render(template ,data);

浏览器只认识 DOM 结构的字符串，也就是常说的 HTML5 格式。对于前端来渲染 DOM,还是后端渲染的问题，在此不用讨论，为了情况前端的性能和体验，后端渲染会更合适。对于同一个页面，每次请求都会产生一次渲染吗？渲染总是要计算的，这样多浪费服务器性能啊！确实是这样，除非你用了缓存。

页面缓存的方案

1. 纯静态页面

直接放 CDN。纯静态页面的访问量一般不会很大，程序直接响应也是可以的。

2. 纯动态页面

都说是动态页面了，那就不要做页面缓存了。可以考虑做数据缓存，或者是 redis、DB 缓存。

3. 短时静态页面

1. 服务器端文件缓存

请求-->处理接口--> 模板渲染 ---> 存储文件---> 响应文件

缓存动态页面，你也可以把生成的文件存到 CDN，然后让 CDN 去响应请求。如果你的请求需要过一些验证，那就把文件存储到服务器，由业务服务器去响应请求。文件还有一个好处是：流。例如：FileReadStream.pipe(ResponseStream)。响应的时候，不需要把文件的内容加载到内存，而是直接用 stream 的方式响应。但是弊端也不少，文件存储，会有并发读写死锁问题。

还有一个问题，分布式系统。可能你有 A、B、C 三个服务器。A 服务器生成了一个文件，还需要实时同步到 B 和 C。当然也可以让 A、B、C 挂载同一个磁盘。问题又来了，这个文件要不要备份呢？

2. Redis Cache

请求--> 接口接口---> 模板渲染 --> 存储数据--> 响应 DOM

把请求的 url 当做 key，把模板渲染好的数据当做值，然后根据缓存规则，把数据存储到 redis。

这种小成本的缓存在我们的系统中有实践，的确大幅提高了系统的响应时间和 QPS，页面的请求大部分是从 redis 读数据，然后返回，单机测试过极限性能，14k QPS。简单描述一下。我们称之为静态化staticize

  1. 开始请求
  2. 请求校验，filter 等等
  3. 查询缓存 redis
  4. 如果有缓存，则直接响应
  5. 没有缓存，查询数据，重新渲染，存储到 redis.
  6. 响应
  7. 如果需更新缓存，只需要删掉对应的redis 值

4. 动静结合的页面

这种页面在实际情况中更常见。原则：静态页面缓存，动态部分异步请求。

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静态部分也是模板渲染过来的，浏览器会从 CDN 或者后台缓存中获取到静态页面。页面响应的时间和浏览器的渲染会直接影响用户体验。动态更新的部分一般会在一些细节部分，比如页面的登录状态。对于所有用户来说，我看到的这个页面，只有用户头像部分会不一致。如果系统为每个用户生成一个静态页面成本就太高了，而且完全没必要。

这个页面就变成了：页面 == 短时静态页面 + 局部动态页面。

『用户状态信息』这个特殊的动态内容，还需要用到本地的缓存机制。用户在切换页面的时候，每个页面都需要动态加载用户信息，所以我们的做法是在第一次请求到这个信息的时候，存储到 localStorage，然后设置过期时间。退出的时候，主动清理 localStorage。

比如：个性化，个人推荐这种因人而异的板块都可以做成局部动态页面的形式。

5. 数据缓存

以上的方案同样适用于异步请求。

对于CDN 或者其他缓存来说，缓存不知道你存的内容是 DOM 还是 JSON，还是其他格式。它只是帮你存储数据。你同样可以的把，数据接口、局部 DOM 结构（非完整 html 格式）存储到 CDN 或者是 redis 中。比如：页面的配置信息，或者从相关推荐系统请求的 dom 结构。

缓存更新

一般会有主动失效和自动失效缓存机制。

CDN 和 redis 等缓存都可以根据规则设置缓存时间。缓存过期后，会再次获取新的数据。
主动更新一般会用 API 调用方式实现。比如删除 key,或者调用 CDN 接口进行删除操作

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缓存穿透

一般会在第一次请求的时候生成缓存，如果服务器端没有缓存，然后在同一时刻出现高并发请求，请求会直接到达业务逻辑部分，很可能导致系统直接挂掉。

解决办法：

  1. 主动创建缓存。缓存求由系统定时创建。
  2. 请求的时候设置标志位。第一个请求到达，标识这个 url 正在创建缓存，其他请求进入等待队列。

全站 CDN 加速

CDN 动态加速如下图所示：

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例如我的网站有以下接口和页面：

  1. http://www.localhost.com/ // 短时缓存，动静结合
  2. http://www.localhost.com/api/user/1 // 纯动态
  3. http://www.localhost.com/post/hello-world // 永久静态

所以，1、3页面会放到 CDN，2 直接去源站请求。怎么做到呢？

  1. 在 CDN 配置自主源站。意味着请求 CDN 地址的时候，CDN 会去源站请求数据，然后缓存到 CDN 节点。
  2. 设置缓存规则 
    / 缓存 1 分钟
/post/* 缓存 1 年
/api/ 不设置缓存
  3. cname www.localhost.com 到 CDN 提供的空间域名
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多平台 Mulit Origin

一个 URL 可能会在不同的平台有不同的返回和表现形式。

产品的想法都是很完美，一个按钮在不同的平台会有不同的显示状态。实际情况非常复杂，在我们的系统中，出现过一个页面出现在 七 个平台，每个平台的显示效果会不一致。不管是模板渲染，或者是 js 处理按钮状态等等都是非常复杂的，或者 pc 和移动端页面表现出样式和结构差异。如果还要把这个页面放到缓存，就更加复杂了。

为每个平台生成一份缓存？可以！

平台的识别来自 UserAgent，不同的浏览器或者 app，都有不同的UserAgent。不同的来源我们称之为 Origin。Origin + url 就可以生成唯一的 key，去识别唯一的缓存。缓存不限于 redis 和 文件缓存。

CDN 识别来源去读取不同的文件，就需要 CDN 那边做一些开发工作了。Upyun、七牛这边暂时不支持的。BAT这种大公司他们自己维护的 CDN 就能完美地做到。

另一种思路：

1个项目，两个域名，2个动态 CDN。PC 和移动端页面分离、接口共享。

例如：为同一个项目配置两个域名：www.localhost.com 和 m.www.localhost.com，同时为这两个域名各设置一个动态 CDN。

由一项目提供两个域名服务，比如：IndexController.main 处理请求 /homepage，移动端和 PC 端的请求路径分别为
* http://m.www.localhost.com/homepage
* http://www.localhost.com/homepage

main action 会根据请求来源url，分别渲染不同的页面。不同的域名页面，也就被不同的动态 CDN 缓存起来。

对于 /api/xxxx的接口，自然不需要做 PC 和移动端或者其他平台的区分，一个 action 就可以解决了。这样就避免了维护两套系统的问题。

结语

以上，全站缓存基本完成。

不要凭空去拉高 QPS或者乱用缓存，根据你的业务和实际情况来对待。最重要的事情就是要牢记：保持简洁，按需使用。

参考文献

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