面试题：缓存设计之中等难度：缓存与CDN联合应用的基础原理

Question

请阐述缓存与CDN在联合应用时各自的角色与基本工作原理，并且说明它们是如何协同工作来提升性能的？

Answer 1

缓存的角色与工作原理

1. 角色：缓存是在应用服务器或客户端附近存储经常访问的数据副本，目的是减少对原始数据源（如数据库）的访问次数，从而加快数据的获取速度，减轻后端服务器的负载。
2. 工作原理：当应用请求数据时，首先检查缓存中是否存在所需数据。如果存在（缓存命中），则直接从缓存中返回数据，无需访问后端数据源；如果不存在（缓存未命中），则从后端数据源获取数据，同时将获取到的数据存入缓存，以便后续相同请求能够直接从缓存获取。

CDN的角色与工作原理

1. 角色：CDN（内容分发网络）是一个分布式服务器网络，其角色是根据用户的地理位置，将内容（如图片、脚本、样式表等静态资源）缓存并分发到距离用户最近的服务器节点，以降低数据传输的延迟，提高用户访问网站的速度和响应性能。
2. 工作原理：
   • 内容发布：网站所有者将静态内容上传到CDN提供商的源服务器。
   • 节点缓存：CDN网络中的各个边缘节点会根据设定的规则，从源服务器获取内容并缓存。
   • 用户请求：当用户请求访问网站内容时，CDN会根据用户的IP地址，智能地选择距离用户最近且负载较低的边缘节点，直接从该节点返回内容给用户，而无需经过源服务器。

协同工作提升性能的方式

1. 分层缓存：缓存主要作用于应用服务器层或客户端，处理动态数据和部分静态数据的缓存；CDN侧重于处理静态内容的缓存与分发，位于网络边缘更靠近用户。这种分层结构确保不同类型的数据在最合适的层级被缓存和处理，提高缓存命中率和数据传输效率。
2. 减少回源请求：当CDN节点未命中时，如果应用服务器上的缓存中有相应内容，可直接从应用服务器缓存获取，而不是立即回源到源服务器，进一步减少源服务器的负载。
3. 加速动态内容：对于一些动态生成但变化频率较低的内容，先由应用服务器缓存处理，再通过CDN进行分发，这样既能利用CDN的地理优势快速传递内容，又能保证动态内容的及时更新。
4. 负载均衡：CDN的负载均衡功能将用户请求分散到各个节点，与应用服务器缓存共同协作，使得整个系统在高流量情况下仍能保持良好的性能，避免单一服务器过载，提升整体系统的性能和稳定性。