面试题：缓存设计：内存缓存与磁盘缓存混合方案的场景应用

Question

假设你正在开发一个新闻资讯类应用，该应用需要频繁读取文章内容，同时文章数据更新频率较低。请阐述如何设计一个内存缓存与磁盘缓存的混合方案来提高数据读取性能，并说明每种缓存的适用数据类型和淘汰策略。

Answer 1

内存缓存设计

1. 适用数据类型：近期频繁访问的文章摘要、热门文章内容等。这些数据通常较小且需要快速响应。
2. 选择缓存技术：可以使用诸如 Redis 这样的内存数据库。它提供了高性能的键值存储，支持多种数据结构，如字符串、哈希表等，适合存储文章相关信息。
3. 淘汰策略：
   • LRU（Least Recently Used）：淘汰最长时间未被访问的数据。在新闻资讯应用中，如果某篇文章一段时间没有被用户查看，而内存空间不足时，该文章的缓存数据可以被淘汰。这确保了内存中始终保留最常被访问的数据。
   • LFU（Least Frequently Used）：淘汰访问频率最低的数据。对于新闻应用，如果某篇文章虽然近期有访问，但整体访问次数很少，当内存紧张时，也可能被淘汰。

磁盘缓存设计

1. 适用数据类型：全部文章内容，尤其是那些访问频率不高但又不能丢弃的数据。磁盘空间相对较大，适合存储大量完整的文章数据。
2. 选择缓存技术：可以采用文件系统来实现磁盘缓存。将文章数据以文件形式存储在磁盘上，通过文件名或路径作为键来索引。也可以使用 SQLite 这样的轻量级嵌入式数据库，它能提供更结构化的数据存储和查询功能。
3. 淘汰策略：
   • 基于时间的淘汰：设定一个过期时间，例如对于长时间未更新且访问频率极低的文章，超过一定时间（如一个月），其磁盘缓存文件可以被删除。这可以有效清理磁盘空间，避免磁盘被大量无用数据占用。
   • 空间阈值淘汰：当磁盘使用空间达到一定阈值（如 90%）时，淘汰最旧的缓存文件，直到磁盘空间使用率下降到合理范围。

混合缓存读取流程

1. 应用首先尝试从内存缓存中读取文章数据。如果命中，则直接返回数据，大大提高读取速度。
2. 如果内存缓存未命中，则从磁盘缓存中读取。读取到数据后，将数据加载到内存缓存中（如果内存空间允许），以便后续再次访问时能从内存快速获取。这样可以逐步将热门数据加载到内存，进一步提升性能。