架构设计 • 多级缓存架构（上）
软件工程师们都知道：在软件系统建设过程中，软件架构的设计是很重要的，今天聊一下关于架构设计的一些知识，主要谈谈缓存架构。
一个软件系统的成败，最初的架构设计是十分重要的。然而很多时候发现对于一些规模较小的系统来说，似乎并不需要什么架构设计，叫上几个人，直接开干就是了。等系统上线后，或许这些系统也能"稳定"运行，似乎也没什么不好，那么最开始去花时间做架构设计，是不是浪费时间、多此一举了呢 ？然而
这
个问
题
经过仔细思考，便知
其实不
然。
当构建一个较大规模系统，就像盖一幢高楼大厦，如果最初没有设计
好系统架构，直接进入开发阶段，那么整个实施过程就像是
不为大厦做房梁整体框架的搭建，直接堆板砖一样，等房子建成后，才发现坍塌的可能性非常之大，甚至建设一半、少一半就会发现建不下去了，到那时才发现最初房梁框架设计、搭建是多么重要。若事已至此，悔之晚矣，只能“默默无语两眼泪，耳边响起驼铃声了”...
最终才知
道：只有
具
备
良好
架构
设计的房子才
能够经
受风雨，
屹立不倒 ！
软件建设亦是如此，开始研发之前做好架
构设计，与盖大厦有异曲同工之作用。
最初的架构设计好了，对整个系统的实施来说会事半功倍，对后期系统的稳定性、可靠性都是保证。甚至可以在架构设计阶段规避一些可预见的风险，初步的评估出该项目的落地可行性，如果一开始就发现是不靠谱的架构，那就可以即时止损，节约成本，重新迭代，再做设计，而非直接开干了。如此，软件系统的实施过程将会变的很顺畅，就像是在设计优美的跑道上奔跑一样。
有的系统过于庞大、复杂，开始时根本没法设计出完整的架构，那么此时应该将系统分阶段建设，架构也分阶段设计。保证每个阶段架构的成功，最终实现整体系统架构的落地。值得说明的是每个人对架构设计的理解不同，没有谁是绝对的对与错，不同行业、场景所应对的架构并不相同，能良好的满足需求的架构就是最好的，设计不足、过度设计都是不可取的。架构设计门道很多，故而对架构设计的理解需要大家相互分享、共同学习，在这个过程中，人人都是老师，人人又都是学生。
上边说了这么多，其实就是说明一点：为什么需要做架构设计。原因千言万语，这里不再多叙，关于这个“为什么”的问题，今天咱们先聊到这里，接下来主要谈谈多级缓存架构。
在传统IT时代，所谓的多级缓存架构并没有这么盛行。那时候说起基本缓存使用，大部分的工程师都知道，但对于多级缓存架构来说，却鲜为人知。伴随着互联网时代的来临，软件系统用户数的迅速增长，使得用户请求数量成倍增加，出现高并发、高可用、可扩展、可安全的架构要求，是一个必然。
就应对高并发来讲，缓存的运用可以说是软件架构中最重要的一类解决方案，或者说最为关键的技术。提到缓存，可能大家一想到的就是Redis / MemoryCache...，然而缓存其实并非是一项单一的技术框架，它是一个完整的体系。在系统的不同环节，有不同的缓存产品应用，这便是所谓的多级缓存。让我们通过下图，一图搞清楚成名已久的多级缓存架构到底是个什么样子，直接上图：
单纯看图，似乎有些凌乱，下面我们遵照这幅图一级一级的来谈一下各级缓存是什么、它的作用，以及整个多级缓存架构的含义。
值得一说的是，缓存分级后，从靠近用户的这一端开始数起，这是优先级最高的，也固称其为第一级缓存，以此往后数为第二级缓存、第三级缓存...，用户请求是按着这个顺序来获取资源的。再大白话一点说，就是：一级缓存中找到了数据，就不再去二级缓存找了，二级缓存中找到了，就不再去三级缓存中找了...以此类推。
开始谈缓存之前，先说一下一个用户请求获取数据的流程，从用户的使用开始说起，当我们在手机上使用一个APP，或者在电脑上打开浏览器输入某个网址回车后，都会向后端系统发起一个请求，通过这个请求，去加载所需要的资源（文字、图片、音频、视频等）。这些资源通常都存在各类数据库、索引库、NoSQL库、文件系统中，当请求到达时，由程序从这些仓库中获取数据，并将数据返回给用户，这是一个简化的、最基本的数据请求流程。
在用户第一次请求资源时，就会执行刚才谈到的那个获取数据的流程。但是用户第二次再去发起同样的请求时，有些数据资源，手机APP或浏览器不会再去后台获取，而是直接从它们的缓存中获取。那么为什么缓存中会有这些资源呢？是因为在第一次请求时，这些资源不仅给了用户，同时浏览器或手机APP也悄悄的将其保存了一份到它们各自的缓存当中，所以当再一次发起请求时，缓存中已经有了这些资源，直接从缓存中获取资源返回给用户，这样就省掉了后边去各种库里边取数据的过程，提升了系统响应的速度，这便是第一级缓存及它的作用。
要弄清楚CDN缓存，先要搞清楚什么是CDN，下面先来普及 一下CDN的概念：CDN 的全称为 Content Delivery Network，叫做内容分发网络。
大家知道我国幅员辽阔，网络环境也是很复杂的，如果在南方的某地访问北方某地的应用系统，由于传输数据量大、传输距离远，所以会导致系统访问变慢，用户使用体验变差。
而CDN要做的事就是
，在用户访问前就将变化很小的静态资源
分发到全国各地
网络服务提供商的机房
中，
例如：
北京的静态资源分发到北京机房，
上海的
静态资源分发到上海机房，
南昌的
静态资源分发到南昌机房
。
这样做有什么好处呢？这样做可以大大的缩小静态资源的获取距离，从而提升系统响应速度，达到资源访问加速的目的。如果你在北京访问系统时，加载的静态资源来源于北京机房，在上海访问时，加载的静态资源来源于上海机房，在南昌访问时，加载的静态资源来源于南昌机房，这样一来，就解决了由于传输距离远而导致的资源传输效率低下的问题了。
纵观CDN的整个流程，请思考一下，它所提供的静态资源是实时从中心机房获取的吗？当然
不是的，而这不恰恰就是一个缓存吗，没错，这便是CDN缓存。如果系统做了CDN加速后，那么它就是整个多级缓存架构中的第二级缓存。当我们用手机或电脑浏览器访问某系统时，如果一级缓存中尚无数据，而此时如果CDN中已有相应的静态资源数据，那么这部分数据便会从CDN中获取，而不会去中央服务器上获取了。可以看到，CDN缓存是排在浏览器级别缓存后的，又一级缓存，这便是第二级缓存及它的作用。
说明：
由于多级缓存架构内容较多，分为上、下两篇进行介绍，该篇为上篇，后续会发出下篇，敬请关注，谢谢。
青山不改，绿水长流，如果你感兴趣更多知识分享，"Talking Java" 中见
标签:
