微软认证Azure开发工程师（AZ-204）考试指南

第 11 章 Azure 中的缓存策略

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我们构建的分布式系统读取量越大，确保以闪电般的速度交付频繁访问的数据就变得越重要，而缓存则是这项工作的重中之重。随着我们的技术不断创新，产品规模不断扩大，以满足日益增长的同时请求量，同时控制成本，有效的缓存已成为必要条件。本章为了解和实施 Azure 生态系统中的缓存绘制了全面的路线图。

在本章中，我们将介绍缓存的基本原理，包括缓存的定义、关键性能指标和各种类型（本地缓存、分布式缓存和会话缓存），然后深入探讨基本缓存模式（如缓存旁、直通读/直通写和写后缓存）以及缓存失效策略。我们将探索 Azure 的缓存服务，重点是针对 Redis 的 Azure 缓存，我们还将了解 Azure 的内容交付网络 (CDN) 产品。

缓存简介

让我们通过 来定义缓存，并通过一个例子来谈谈缓存的重要性。让我们使用一个假设的学习管理系统（LMS）作为我们的应用程序，您的团队正在开发该系统。想象一下，一个每天有 200 万活跃用户的 LMS 系统，其中大部分用户（主要是学生）消费内容（阅读或观看讲座）的频率远远高于教育工作者创建或上传新材料的频率。在这样的系统中，缓存起着至关重要的作用，它可以将经常访问的内容（如课程资料、视频缩略图和用户配置文件）存储在快速的临时存储层中。这样就能确保系统快速提供内容，而无需为每个用户请求反复查询主数据库。

在云应用中，缓存是一种能显著提高性能和可扩展性的策略。通过在应用程序及其数据源之间放置一个缓存层，无论是本地内存缓存还是像 Azure Cache for Redis 这样的分布式缓存，系统都可以从这个高速层为重复请求提供服务。这样做的好处显而易见：由于从缓存中快速检索数据，用户可以体验到更低的延迟，同时数据库的负载也大大降低。数据库调用的减少不仅提高了性能，还最大限度地降低了运营成本，提高了应用程序的整体响应速度。

业务优势远不止性能提升。在我们假设的 LMS 中，更低的延迟意味着学生可以立即访问课程资料，从而获得更好的用户体验并提高参与度。随着数据库负载的降低，系统可以处理更多的并发请求，而无需大幅扩展后端基础设施。在计算和存储资源按使用量计费的云环境中，这种成本优化至关重要。通过战略性地缓存数据，公司可以控制运营开支，同时确保为用户提供无缝体验。

在考虑为什么缓存在 Azure 生态系统中特别重要时，了解基于云的数据访问所固有的挑战非常重要。与传统的内部部署环境不同，云应用程序通常在分布式网络上运行，存在不同程度的延迟和潜在瓶颈。Azure 环境虽然可扩展性很强，但也需要应对网络的可变性、瞬时故障以及访问远程数据库的开销。如图 11-1 所示，缓存通过提供可快速访问的本地（或近本地）数据存储库来缓解这些挑战，确保应用程序在云连接复杂的情况下仍能保持响应速度。

图 11-1. 使用缓存的简单系统架构

除了缓存的基本原理和优势外，让我们来看看一些关键性能指标和使用缓存的不同方法。简单来说， 缓存是一种在快速临时存储区域中保存数据副本的方法。这意味着当系统再次需要该数据时，可以快速获取，而不是每次都回到速度较慢的主数据库。

缓存的一个重要目标是提高应用程序的速度。要查看缓存是否运行良好，可以查看缓存命中率（数据在缓存中找到的频率）、缓存未命中率（数据未在缓存中找到的频率）、获取数据的延迟（延迟）以及缓存在给定时间内可处理的操作数（吞吐量）等指标。这些性能指标可以帮助你了解缓存是否使运行速度更快。 ...