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數(shù)據(jù)庫(kù)的緩存 -- 通過(guò)將數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)或結(jié)果集保存在內(nèi)存或其他快速訪問(wèn)的介質(zhì)中，能夠加快查詢(xún)響應(yīng)，減少對(duì)磁盤(pán)或遠(yuǎn)程服務(wù)器的訪問(wèn)，降低資源消耗。
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根據(jù)緩存的位置、內(nèi)容、粒度、更新方式等不同，數(shù)據(jù)庫(kù)緩存技術(shù)有多種類(lèi)型和策略。常用的以下10種：
1、Buffer Pool：
數(shù)據(jù)頁(yè)緩存 -- 將頻繁訪問(wèn)的數(shù)據(jù)頁(yè)緩存在內(nèi)存中的技術(shù)，可以提高查詢(xún)性能和減少磁盤(pán)I/O。數(shù)據(jù)頁(yè)是數(shù)據(jù)庫(kù)中存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的最小單位，通常為4KB或8KB。當(dāng)查詢(xún)需要訪問(wèn)某個(gè)數(shù)據(jù)頁(yè)時(shí)，數(shù)據(jù)庫(kù)會(huì)先檢查該數(shù)據(jù)頁(yè)是否已經(jīng)在Buffer Pool中，如果是，則直接從內(nèi)存中讀取，如果不是，則從磁盤(pán)中讀取并放入Buffer Pool中。Buffer Pool的大小可以根據(jù)系統(tǒng)資源和數(shù)據(jù)庫(kù)負(fù)載進(jìn)行調(diào)整。
2、查詢(xún)緩存( Query cache )：
緩存經(jīng)常重復(fù)的查詢(xún)結(jié)果，避免重復(fù)執(zhí)行SQL，可以節(jié)省CPU資源和網(wǎng)絡(luò)帶寬。當(dāng)查詢(xún)緩存開(kāi)啟時(shí)，數(shù)據(jù)庫(kù)會(huì)將每個(gè)查詢(xún)的SQL語(yǔ)句和結(jié)果集保存在內(nèi)存中，當(dāng)收到相同的SQL語(yǔ)句時(shí)，數(shù)據(jù)庫(kù)會(huì)直接返回緩存的結(jié)果集，而不需要再次執(zhí)行SQL。查詢(xún)緩存的有效性依賴(lài)于表的更新頻率，如果表經(jīng)常被修改，則查詢(xún)緩存會(huì)失效并需要重新生成。
3、預(yù)讀 ( Pre-fetching )：
根據(jù)數(shù)據(jù)庫(kù)的訪問(wèn)模式，預(yù)先緩存可能使用的數(shù)據(jù)，是一種提高查詢(xún)性能和預(yù)防磁盤(pán)I/O瓶頸的技術(shù)。預(yù)讀有兩種類(lèi)型：順序預(yù)讀和隨機(jī)預(yù)讀。順序預(yù)讀是指當(dāng)數(shù)據(jù)庫(kù)檢測(cè)到連續(xù)訪問(wèn)相鄰數(shù)據(jù)頁(yè)時(shí)，會(huì)提前從磁盤(pán)中讀取后續(xù)的數(shù)據(jù)頁(yè)并放入Buffer Pool中，以滿(mǎn)足后續(xù)的查詢(xún)需求。隨機(jī)預(yù)讀是指當(dāng)數(shù)據(jù)庫(kù)檢測(cè)到頻繁訪問(wèn)某些索引頁(yè)時(shí)，會(huì)提前從磁盤(pán)中讀取相關(guān)的數(shù)據(jù)頁(yè)并放入Buffer Pool中，以加速索引查找。
4、異步I/O ( Asynchronous I/O )：
允許多個(gè)查詢(xún)并發(fā)訪問(wèn)緩存，是提高數(shù)據(jù)庫(kù)吞吐量和響應(yīng)時(shí)間的技術(shù)。當(dāng)數(shù)據(jù)庫(kù)需要從磁盤(pán)中讀取或?qū)懭霐?shù)據(jù)時(shí)，不阻塞當(dāng)前的查詢(xún)進(jìn)程，而是將I/O請(qǐng)求交給系統(tǒng)處理，并繼續(xù)執(zhí)行其他查詢(xún)或操作。這樣避免查詢(xún)等待I/O完成而浪費(fèi)CPU資源，并可以充分利用系統(tǒng)的I/O調(diào)度算法和硬件特性。
5、連接池 ( Connection Pool )：
復(fù)用已存在連接的技術(shù)。避免連接反復(fù)創(chuàng)建、銷(xiāo)毀，減少連接開(kāi)銷(xiāo)，提高連接效率。由數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器維護(hù)一組已經(jīng)建立好的連接，并將其保存在內(nèi)存中。當(dāng)客戶(hù)端請(qǐng)示連接數(shù)據(jù)庫(kù)時(shí)，數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器從連接池中分配一個(gè)空閑的連接給客戶(hù)端，并在客戶(hù)端斷開(kāi)連接后將連接回收到連接池中。避免了每次都重新建立和銷(xiāo)毀連接所帶來(lái)的時(shí)間和資源消耗，并且可以控制并發(fā)連接數(shù)量。
6、照合緩存 ( Metadata Cache )：
為了加速表掃描和索引查找，緩存經(jīng)常訪問(wèn)表的元數(shù)據(jù)信息的一種緩存技術(shù)。照合緩存是將每個(gè)表的結(jié)構(gòu)、列、索引、約束等信息保存在內(nèi)存中，并在收到對(duì)該表的查詢(xún)時(shí)直接從內(nèi)存中獲取這些信息，而不需要再次從系統(tǒng)表中讀取。這樣可以減少對(duì)系統(tǒng)表的訪問(wèn)次數(shù)，快速確定查詢(xún)計(jì)劃。
7、Write Ahead Log：
事務(wù)提交前先寫(xiě)入日志，可以保證事務(wù)的持久性和原子性。Write Ahead Log是當(dāng)數(shù)據(jù)庫(kù)執(zhí)行一個(gè)事務(wù)時(shí)，并不是立即將事務(wù)對(duì)數(shù)據(jù)的修改寫(xiě)入磁盤(pán)，而是先將事務(wù)的操作記錄寫(xiě)入日志文件中，在事務(wù)提交時(shí)將日志文件刷新到磁盤(pán)。這樣可以避免頻繁的數(shù)據(jù)寫(xiě)入操作，并且可以在數(shù)據(jù)庫(kù)崩潰時(shí)根據(jù)日志文件恢復(fù)數(shù)據(jù)的一致性。
8、事務(wù)日志( Transaction Log )：
記錄事務(wù)執(zhí)行情況，用于數(shù)據(jù)庫(kù)恢復(fù)。事務(wù)日志是數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器將每個(gè)事務(wù)的開(kāi)始、結(jié)束、提交、回滾等信息記錄在日志文件中，并在數(shù)據(jù)庫(kù)崩潰時(shí)根據(jù)這些信息恢復(fù)事務(wù)的狀態(tài)。可以保證事務(wù)的完整性和隔離性，避免數(shù)據(jù)丟失或臟讀。
9、復(fù)制日志( Replication Log )：
主從復(fù)制時(shí)的數(shù)據(jù)同步日志。復(fù)制日志是當(dāng)數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器作為主服務(wù)器時(shí)，將自己對(duì)數(shù)據(jù)的修改記錄在日志文件中，并將日志文件發(fā)送給從服務(wù)器，從服務(wù)器則根據(jù)日志文件更新自己的數(shù)據(jù)。這樣可以實(shí)現(xiàn)主從之間的數(shù)據(jù)一致性，并且可以在主服務(wù)器故障時(shí)切換到從服務(wù)器繼續(xù)提供服務(wù)。
10、物化視圖 ( Materialized View )：
將查詢(xún)結(jié)果緩存，是一種避免重復(fù)計(jì)算的技術(shù)。物化視圖是數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器將某個(gè)復(fù)雜查詢(xún)的結(jié)果集保存在一個(gè)表中，并定期更新這個(gè)表。當(dāng)收到相同或類(lèi)似的查詢(xún)時(shí)，數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器會(huì)直接從物化視圖中返回結(jié)果，而不需執(zhí)行復(fù)雜查詢(xún)。
本文題目：十種數(shù)據(jù)庫(kù)緩存相關(guān)的技術(shù)和機(jī)制
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