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缓存

文章目录

1.简介

缓存在计算机系统中被广泛应用，从缓存的定义来看，缓存是计算机上的原始数据的复制集，因此对于缓存的使用与应用场景密切相关，在不同的场景上会有不同的意义。

1.1 Web应用缓存分类

http://www.cnblogs.com/vitasyuan/p/9426460.html

  1. 客户端缓存
    对于BS架构的互联网应用来说客户端缓存主要分为页面缓存和浏览器缓存两种，对于APP而言主要是自身所使用的缓存。
    【浏览器缓存根据一套与服务器约定的规则进行工作，在同一个会话过程中会检查一次并确定缓存的副本足够新。如果你浏览过程中，比如前进或后退，访问到同一个图片，这些图片可以从浏览器缓存中调出而即时显现。浏览器缓存根据一套与服务器约定的规则进行工作，在同一个会话过程中会检查一次并确定缓存的副本足够新。如果你浏览过程中，比如前进或后退，访问到同一个图片，这些图片可以从浏览器缓存中调出而即时显现。】

  2. 网络中缓存
    网络中的缓存主要是指代理服务器对客户端请求数据的缓存，主要分为WEB代理缓存和边缘缓存(CDN边缘缓存)

  3. 服务端缓存
    对于服务端缓存而言，从系统的架构上面区分可以将缓存分为：服务器本地缓存(localCache)，分布式缓存(Redis、Memcached等nosql)和数据库缓存。

    3.1 服务器本地缓存
    本地缓存是一级缓存，位于服务本机的内存中，在操作本地缓存的时候不需要网络IO不需要文件IO，直接从本机内存中读取数据，因此读写速度最快。
    本地缓存存在的问题：
        本地缓存数据直接保存在JVM中，需要考虑缓存数据的大小、JVM的垃圾回收性能消耗;
        单服务是集群部署的时候，应该考虑是否需要做集群中本地缓存的数据同步
    在实际的开发中可以自己实现简单的本地缓存也可以使用开源的本地缓存框架，比如：ehcache、JBoss Cache等

    3.2分布式缓存
        当本地缓存被穿透的时候就会去查询分布式缓存，当在分布式缓存中查询到数据的时候，直接将查询结果放到本地缓存中。
        对于分布式缓存主要是使用NoSQL数据库来实现，常用的NoSQL数据库有Redis、Memcached、MongoDB等。目前比较流行的Redis来说，支持Slava/Master模式和Cluster

    3.3 数据库缓存
        数据库在设计的时候也有缓存操作，更改相关参数开启查询缓存

1.2 缓存中的几个常用术语

  1. 缓存命中：当客户端请求的数据在缓存中，这个缓存中的数据就会被使用，这一行为被称为缓存命中
  2. 没有命中：缓存中没有查询到数据，并且数据库中可以查到此数据，并将数据放到缓存中
  3. 缓存穿透：是指查询一个缓存中一定不存在的数据。即缓存中不存在，并且数据库中也不存在，并且在数据库中没有查询到数据的情况下，不会去写缓存，这样就导致每次对于此数据的查询都会去查询数据库，这样就导致缓存失去了意义。对于如何解决缓存穿透问题，后面会具体分析。
  4. 存储成本：缓存没有命中的时候，从其他数据源取出数据并放到缓存中的时间成本和空间成本就是存储成本。
  5. 缓存失效：当缓存中的数据已经更新时，则此数据已经失效
  6. 替代策略：当缓存没有命中的时，并且缓存容量已满，就需要在缓存中去除一条旧数据，然后加入一条新数据，而应该去除哪些数据，就由替代策略来决定。
    常用的替代策略有：LRU、LFU等。在使用缓存算法的时候，通常会考虑使用频率、获取成本、缓存容量和时间等因素。
  7. 缓存雪崩:如果缓存集中在一段时间内失效，发生大量的缓存穿透，所有的查询都落在数据库上，造成了缓存雪崩。

1.3 缓存设计需要解决以下几个问题

  1. 缓存什么？
    哪些数据需要缓存：1.热点数据；2.静态资源。

  2. 缓存的位置？
    CDN，反向代理，分布式缓存服务器，本机（内存，硬盘）

  3. 如何缓存的问题？

  4. 过期策略
    固定时间：比如指定缓存的时间是30分钟；
    相对时间：比如最近10分钟内没有访问的数据；

  5. 同步机制
    实时写入；（推）
    异步刷新；（推拉）

2.客户端缓存之HTT缓存

https://www.cnblogs.com/chenqf/p/6386163.html

2.1 HTTP报文

HTTP报文就是浏览器和服务器间通信时发送及响应的数据块。
浏览器向服务器请求数据，发送请求(request)报文；服务器向浏览器返回数据，返回响应(response)报文。
报文信息主要分为4部分

  1. 请求行
  2. 空行
  3. 包含属性的首部(header)--------------------------附加信息（cookie，缓存信息等）与缓存相关的规则信息，均包含在header中
  4. 包含数据的主体部分(body)-----------------------HTTP请求真正想要传输的部分

基本形式：

GET / HTTP/1.1
Host: www.enjoytoday.cn
Connection: keep-alive
Upgrade-Insecure-Requests: 1
User-Agent: Mozilla/5.0 (X11; Linux x86_64) AppleWebKit/537.36 (KHTML, like Gecko) Chrome/51.0.2704.84 Safari/537.36
Accept:text/html,application/xhtml+xml,application/xml;q=0.9,image/webp,*/*;q=0.8
Referer: http://www.enjoytoday.cn/posts/326
Accept-Encoding: gzip, deflate, sdch
Accept-Language: zh-CN,zh;q=0.8
Cookie: bdshare_firstime=1466032270994; UM_distinctid=15c4ef2ac4e2e4-0d13269271b947-1b2a120b-1fa400-15c4ef2ac4f7b5; un=aGZjYWk=; comment_author=aGZjYWk=; comment_author_email=1710600212@qq.com; comment_author_url=http://www.enjoytoday.cn; c_id=dUhIaTlndmc4MVVYbjRQTGxMRTotMTpFODg3QjgzQjg1NjgxQjQxRUYxNjg2QzJFRkMyQjI2QQ==; JSESSIONID=ADBC8C3DADF6C815D778450C193C6637.ajp13_worker; Hm_lvt_ce55bfda158556585a8b7b246346c8ba=1498560244,1498739070,1498833193,1498917432; Hm_lpvt_ce55bfda158556585a8b7b246346c8ba=1498917597; CNZZDATA1262047894=1598545996-1495973145-%7C1498917578

username=hfcai&sex=man

2.2 缓存规则解析

为方便大家理解，我们认为浏览器存在一个缓存数据库,用于存储缓存信息。

在客户端第一次请求数据时，此时缓存数据库中没有对应的缓存数据，需要请求服务器，服务器返回后，将数据存储至缓存数据库中。

缓存-LMLPHP

HTTP缓存有多种规则，根据是否需要重新向服务器发起请求来分类，我将其分为两大类(强制缓存，对比缓存)

在详细介绍这两种规则之前，先通过时序图的方式，让大家对这两种规则有个简单了解。

已存在缓存数据时，仅基于强制缓存，请求数据的流程如下
缓存-LMLPHP

已存在缓存数据时，仅基于对比缓存，请求数据的流程如下
缓存-LMLPHP

对缓存机制不太了解的同学可能会问，基于对比缓存的流程下，不管是否使用缓存，都需要向服务器发送请求，那么还用缓存干什么？

这个问题，我们暂且放下，后文在详细介绍每种缓存规则的时候，会带给大家答案。

我们可以看到两类缓存规则的不同，强制缓存如果生效，不需要再和服务器发生交互，而对比缓存不管是否生效，都需要与服务端发生交互。

两类缓存规则可以同时存在，强制缓存优先级高于对比缓存，也就是说，当执行强制缓存的规则时，如果缓存生效，直接使用缓存，不再执行对比缓存规则。

2.3 强制缓存

从上文我们得知，强制缓存，在缓存数据未失效的情况下，可以直接使用缓存数据，那么浏览器是如何判断缓存数据是否失效呢？
我们知道，在没有缓存数据的时候，浏览器向服务器请求数据时，服务器会将数据和缓存规则一并返回，缓存规则信息包含在响应header中。

对于强制缓存来说，响应header中会有两个字段来标明失效规则***（Expires/Cache-Control）***
使用chrome的开发者工具，可以很明显的看到对于强制缓存生效时，网络请求的情况
缓存-LMLPHP

Expires
　　Expires的值为服务端返回的到期时间，即下一次请求时，请求时间小于服务端返回的到期时间，直接使用缓存数据。
　　不过Expires 是HTTP 1.0的东西，现在默认浏览器均默认使用HTTP 1.1，所以它的作用基本忽略。
　　另一个问题是，到期时间是由服务端生成的，但是客户端时间可能跟服务端时间有误差，这就会导致缓存命中的误差。
所以HTTP 1.1 的版本，使用Cache-Control替代。

Cache-Control
Cache-Control 是最重要的规则。常见的取值有private、public、no-cache、max-age，no-store，默认为private。

  • private: 客户端可以缓存
  • public: 客户端和代理服务器都可缓存（前端的同学，可以认为public和private是一样的）
  • max-age=xxx: 缓存的内容将在 xxx 秒后失效
  • no-cache: 需要使用对比缓存来验证缓存数据（后面介绍）
  • no-store: 所有内容都不会缓存，强制缓存，对比缓存都不会触发（对于前端开发来说，缓存越多越好，so…基本上和它说886）

缓存-LMLPHP

图中Cache-Control仅指定了max-age，所以默认为private，缓存时间为31536000秒（365天）

也就是说，在365天内再次请求这条数据，都会直接获取缓存数据库中的数据，直接使用。

2.4 对比缓存

对比缓存，顾名思义，需要进行比较判断是否可以使用缓存。
浏览器第一次请求数据时，服务器会将缓存标识与数据一起返回给客户端，客户端将二者备份至缓存数据库中。

再次请求数据时，客户端将备份的缓存标识发送给服务器，服务器根据缓存标识进行判断，判断成功后，返回304状态码，通知客户端比较成功，可以使用缓存数据。

缓存-LMLPHP

通过两图的对比，我们可以很清楚的发现，在对比缓存生效时，状态码为304，并且报文大小和请求时间大大减少。
原因是，服务端在进行标识比较后，只返回header部分，通过状态码通知客户端使用缓存，不再需要将报文主体部分返回给客户端。

对于对比缓存来说，缓存标识的传递是我们着重需要理解的，它在请求header和响应header间进行传递，
一共分为两种标识传递，接下来，我们分开介绍。

Last-Modified / If-Modified-Since
Last-Modified：

服务器在响应请求时，告诉浏览器资源的最后修改时间。
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If-Modified-Since：

再次请求服务器时，通过此字段通知服务器上次请求时，服务器返回的资源最后修改时间。

服务器收到请求后发现有头If-Modified-Since 则与被请求资源的最后修改时间进行比对。

若资源的最后修改时间大于If-Modified-Since，说明资源又被改动过，则响应整片资源内容，返回状态码200；

若资源的最后修改时间小于或等于If-Modified-Since，说明资源无新修改，则响应HTTP 304，告知浏览器继续使用所保存的cache。
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Etag / If-None-Match（优先级高于Last-Modified / If-Modified-Since）

Etag：

服务器响应请求时，告诉浏览器当前资源在服务器的唯一标识（生成规则由服务器决定）。
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If-None-Match：

再次请求服务器时，通过此字段通知服务器客户段缓存数据的唯一标识。

服务器收到请求后发现有头If-None-Match 则与被请求资源的唯一标识进行比对，

不同，说明资源又被改动过，则响应整片资源内容，返回状态码200；

相同，说明资源无新修改，则响应HTTP 304，告知浏览器继续使用所保存的cache。

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2.5 总结

对于强制缓存，服务器通知浏览器一个缓存时间，在缓存时间内，下次请求，直接用缓存，不在时间内，执行比较缓存策略。
对于比较缓存，将缓存信息中的Etag和Last-Modified通过请求发送给服务器，由服务器校验，返回304状态码时，浏览器直接使用缓存。

缓存-LMLPHP

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【附：HTTP状态码】
缓存-LMLPHP

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状态码含义

  • 100客户端应当继续发送请求。这个临时响应是用来通知客户端它的部分请求已经被服务器接收，且仍未被拒绝。客户端应当继续发送请求的剩余部分，或者如果请求已经完成，忽略这个响应。服务器必须在请求完成后向客户端发送一个最终响应。

  • 101服务器已经理解了客户端的请求，并将通过Upgrade 消息头通知客户端采用不同的协议来完成这个请求。在发送完这个响应最后的空行后，服务器将会切换到在Upgrade 消息头中定义的那些协议。 　　只有在切换新的协议更有好处的时候才应该采取类似措施。例如，切换到新的HTTP 版本比旧版本更有优势，或者切换到一个实时且同步的协议以传送利用此类特性的资源。

  • 102由WebDAV（RFC 2518）扩展的状态码，代表处理将被继续执行。

  • 200请求已成功，请求所希望的响应头或数据体将随此响应返回。

  • 201请求已经被实现，而且有一个新的资源已经依据请求的需要而建立，且其 URI 已经随Location 头信息返回。假如需要的资源无法及时建立的话，应当返回 ‘202 Accepted’。

  • 202服务器已接受请求，但尚未处理。正如它可能被拒绝一样，最终该请求可能会也可能不会被执行。在异步操作的场合下，没有比发送这个状态码更方便的做法了。 　　返回202状态码的响应的目的是允许服务器接受其他过程的请求（例如某个每天只执行一次的基于批处理的操作），而不必让客户端一直保持与服务器的连接直到批处理操作全部完成。在接受请求处理并返回202状态码的响应应当在返回的实体中包含一些指示处理当前状态的信息，以及指向处理状态监视器或状态预测的指针，以便用户能够估计操作是否已经完成。

  • 203服务器已成功处理了请求，但返回的实体头部元信息不是在原始服务器上有效的确定集合，而是来自本地或者第三方的拷贝。当前的信息可能是原始版本的子集或者超集。例如，包含资源的元数据可能导致原始服务器知道元信息的超级。使用此状态码不是必须的，而且只有在响应不使用此状态码便会返回200 OK的情况下才是合适的。

  • 204服务器成功处理了请求，但不需要返回任何实体内容，并且希望返回更新了的元信息。响应可能通过实体头部的形式，返回新的或更新后的元信息。如果存在这些头部信息，则应当与所请求的变量相呼应。 　　如果客户端是浏览器的话，那么用户浏览器应保留发送了该请求的页面，而不产生任何文档视图上的变化，即使按照规范新的或更新后的元信息应当被应用到用户浏览器活动视图中的文档。 　　由于204响应被禁止包含任何消息体，因此它始终以消息头后的第一个空行结尾。

  • 205服务器成功处理了请求，且没有返回任何内容。但是与204响应不同，返回此状态码的响应要求请求者重置文档视图。该响应主要是被用于接受用户输入后，立即重置表单，以便用户能够轻松地开始另一次输入。 　　与204响应一样，该响应也被禁止包含任何消息体，且以消息头后的第一个空行结束。

  • 206服务器已经成功处理了部分 GET 请求。类似于 FlashGet 或者迅雷这类的 HTTP 下载工具都是使用此类响应实现断点续传或者将一个大文档分解为多个下载段同时下载。 　　该请求必须包含 Range 头信息来指示客户端希望得到的内容范围，并且可能包含 If-Range 来作为请求条件。 　　响应必须包含如下的头部域： 　　Content-Range 用以指示本次响应中返回的内容的范围；如果是 Content-Type 为 multipart/byteranges 的多段下载，则每一 multipart 段中都应包含 Content-Range 域用以指示本段的内容范围。假如响应中包含 Content-Length，那么它的数值必须匹配它返回的内容范围的真实字节数。 Date 　　ETag 和/或 Content-Location，假如同样的请求本应该返回200响应。 　　Expires, Cache-Control，和/或 Vary，假如其值可能与之前相同变量的其他响应对应的值不同的话。 　　假如本响应请求使用了 If-Range 强缓存验证，那么本次响应不应该包含其他实体头；假如本响应的请求使用了 If-Range 弱缓存验证，那么本次响应禁止包含其他实体头；这避免了缓存的实体内容和更新了的实体头信息之间的不一致。否则，本响应就应当包含所有本应该返回200响应中应当返回的所有实体头部域。 　　假如 ETag 或 Last-Modified 头部不能精确匹配的话，则客户端缓存应禁止将206响应返回的内容与之前任何缓存过的内容组合在一起。 　　任何不支持 Range 以及 Content-Range 头的缓存都禁止缓存206响应返回的内容。

  • 207由WebDAV(RFC 2518)扩展的状态码，代表之后的消息体将是一个XML消息，并且可能依照之前子请求数量的不同，包含一系列独立的响应代码。
    300被请求的资源有一系列可供选择的回馈信息，每个都有自己特定的地址和浏览器驱动的商议信息。用户或浏览器能够自行选择一个首选的地址进行重定向。 　　除非这是一个 HEAD 请求，否则该响应应当包括一个资源特性及地址的列表的实体，以便用户或浏览器从中选择最合适的重定向地址。这个实体的格式由 Content-Type 定义的格式所决定。浏览器可能根据响应的格式以及浏览器自身能力，自动作出最合适的选择。当然，RFC 2616规范并没有规定这样的自动选择该如何进行。
    如果服务器本身已经有了首选的回馈选择，那么在 Location 中应当指明这个回馈的 URI；浏览器可能会将这个 Location 值作为自动重定向的地址。此外，除非额外指定，否则这个响应也是可缓存的。

  • 301被请求的资源已永久移动到新位置，并且将来任何对此资源的引用都应该使用本响应返回的若干个 URI 之一。如果可能，拥有链接编辑功能的客户端应当自动把请求的地址修改为从服务器反馈回来的地址。除非额外指定，否则这个响应也是可缓存的。 　　新的永久性的 URI 应当在响应的 Location 域中返回。除非这是一个 HEAD 请求，否则响应的实体中应当包含指向新的 URI 的超链接及简短说明。 　　如果这不是一个 GET 或者 HEAD 请求，因此浏览器禁止自动进行重定向，除非得到用户的确认，因为请求的条件可能因此发生变化。 　　注意：对于某些使用 HTTP/1.0 协议的浏览器，当它们发送的 POST 请求得到了一个301响应的话，接下来的重定向请求将会变成 GET 方式。

  • 302请求的资源现在临时从不同的 URI 响应请求。由于这样的重定向是临时的，客户端应当继续向原有地址发送以后的请求。只有在Cache-Control或Expires中进行了指定的情况下，这个响应才是可缓存的。 　　新的临时性的 URI 应当在响应的 Location 域中返回。除非这是一个 HEAD 请求，否则响应的实体中应当包含指向新的 URI 的超链接及简短说明。 　　如果这不是一个 GET 或者 HEAD 请求，那么浏览器禁止自动进行重定向，除非得到用户的确认，因为请求的条件可能因此发生变化。 　　注意：虽然RFC 1945和RFC 2068规范不允许客户端在重定向时改变请求的方法，但是很多现存的浏览器将302响应视作为303响应，并且使用 GET 方式访问在 Location 中规定的 URI，而无视原先请求的方法。状态码303和307被添加了进来，用以明确服务器期待客户端进行何种反应。

  • 303对应当前请求的响应可以在另一个 URI 上被找到，而且客户端应当采用 GET 的方式访问那个资源。这个方法的存在主要是为了允许由脚本激活的POST请求输出重定向到一个新的资源。这个新的 URI 不是原始资源的替代引用。同时，303响应禁止被缓存。当然，第二个请求（重定向）可能被缓存。
    新的 URI 应当在响应的 Location 域中返回。除非这是一个 HEAD 请求，否则响应的实体中应当包含指向新的 URI 的超链接及简短说明。 　　注意：许多 HTTP/1.1 版以前的 浏览器不能正确理解303状态。如果需要考虑与这些浏览器之间的互动，302状态码应该可以胜任，因为大多数的浏览器处理302响应时的方式恰恰就是上述规范要求客户端处理303响应时应当做的。

  • 304如果客户端发送了一个带条件的 GET 请求且该请求已被允许，而文档的内容（自上次访问以来或者根据请求的条件）并没有改变，则服务器应当返回这个状态码。304响应禁止包含消息体，因此始终以消息头后的第一个空行结尾。 　　该响应必须包含以下的头信息： 　　Date，除非这个服务器没有时钟。假如没有时钟的服务器也遵守这些规则，那么代理服务器以及客户端可以自行将 Date 字段添加到接收到的响应头中去（正如RFC 2068中规定的一样），缓存机制将会正常工作。 　　ETag 和/或 Content-Location，假如同样的请求本应返回200响应。 　　Expires, Cache-Control，和/或Vary，假如其值可能与之前相同变量的其他响应对应的值不同的话。 　　假如本响应请求使用了强缓存验证，那么本次响应不应该包含其他实体头；否则（例如，某个带条件的 GET 请求使用了弱缓存验证），本次响应禁止包含其他实体头；这避免了缓存了的实体内容和更新了的实体头信息之间的不一致。 　　假如某个304响应指明了当前某个实体没有缓存，那么缓存系统必须忽视这个响应，并且重复发送不包含限制条件的请求。 　　假如接收到一个要求更新某个缓存条目的304响应，那么缓存系统必须更新整个条目以反映所有在响应中被更新的字段的值。

  • 305被请求的资源必须通过指定的代理才能被访问。Location 域中将给出指定的代理所在的 URI 信息，接收者需要重复发送一个单独的请求，通过这个代理才能访问相应资源。只有原始服务器才能建立305响应。 　　注意：RFC 2068中没有明确305响应是为了重定向一个单独的请求，而且只能被原始服务器建立。忽视这些限制可能导致严重的安全后果。

  • 306在最新版的规范中，306状态码已经不再被使用。

  • 307请求的资源现在临时从不同的URI 响应请求。由于这样的重定向是临时的，客户端应当继续向原有地址发送以后的请求。只有在Cache-Control或Expires中进行了指定的情况下，这个响应才是可缓存的。 　　新的临时性的URI 应当在响应的 Location 域中返回。除非这是一个HEAD 请求，否则响应的实体中应当包含指向新的URI 的超链接及简短说明。因为部分浏览器不能识别307响应，因此需要添加上述必要信息以便用户能够理解并向新的 URI 发出访问请求。 　　如果这不是一个GET 或者 HEAD 请求，那么浏览器禁止自动进行重定向，除非得到用户的确认，因为请求的条件可能因此发生变化。

  • 4001、语义有误，当前请求无法被服务器理解。除非进行修改，否则客户端不应该重复提交这个请求。 　　2、请求参数有误。

  • 401当前请求需要用户验证。该响应必须包含一个适用于被请求资源的 WWW-Authenticate 信息头用以询问用户信息。客户端可以重复提交一个包含恰当的 Authorization 头信息的请求。如果当前请求已经包含了 Authorization 证书，那么401响应代表着服务器验证已经拒绝了那些证书。如果401响应包含了与前一个响应相同的身份验证询问，且浏览器已经至少尝试了一次验证，那么浏览器应当向用户展示响应中包含的实体信息，因为这个实体信息中可能包含了相关诊断信息。参见RFC 2617。

  • 402该状态码是为了将来可能的需求而预留的。

  • 403服务器已经理解请求，但是拒绝执行它。与401响应不同的是，身份验证并不能提供任何帮助，而且这个请求也不应该被重复提交。如果这不是一个 HEAD 请求，而且服务器希望能够讲清楚为何请求不能被执行，那么就应该在实体内描述拒绝的原因。当然服务器也可以返回一个404响应，假如它不希望让客户端获得任何信息。

  • 404请求失败，请求所希望得到的资源未被在服务器上发现。没有信息能够告诉用户这个状况到底是暂时的还是永久的。假如服务器知道情况的话，应当使用410状态码来告知旧资源因为某些内部的配置机制问题，已经永久的不可用，而且没有任何可以跳转的地址。404这个状态码被广泛应用于当服务器不想揭示到底为何请求被拒绝或者没有其他适合的响应可用的情况下。

  • 405请求行中指定的请求方法不能被用于请求相应的资源。该响应必须返回一个Allow 头信息用以表示出当前资源能够接受的请求方法的列表。 　　鉴于 PUT，DELETE 方法会对服务器上的资源进行写操作，因而绝大部分的网页服务器都不支持或者在默认配置下不允许上述请求方法，对于此类请求均会返回405错误。

  • 406请求的资源的内容特性无法满足请求头中的条件，因而无法生成响应实体。 　　除非这是一个 HEAD 请求，否则该响应就应当返回一个包含可以让用户或者浏览器从中选择最合适的实体特性以及地址列表的实体。实体的格式由 Content-Type 头中定义的媒体类型决定。浏览器可以根据格式及自身能力自行作出最佳选择。但是，规范中并没有定义任何作出此类自动选择的标准。

  • 407　与401响应类似，只不过客户端必须在代理服务器上进行身份验证。代理服务器必须返回一个 Proxy-Authenticate 用以进行身份询问。客户端可以返回一个 Proxy-Authorization 信息头用以验证。参见RFC 2617。

  • 408请求超时。客户端没有在服务器预备等待的时间内完成一个请求的发送。客户端可以随时再次提交这一请求而无需进行任何更改。

  • 409由于和被请求的资源的当前状态之间存在冲突，请求无法完成。这个代码只允许用在这样的情况下才能被使用：用户被认为能够解决冲突，并且会重新提交新的请求。该响应应当包含足够的信息以便用户发现冲突的源头。 　　冲突通常发生于对 PUT 请求的处理中。例如，在采用版本检查的环境下，某次 PUT 提交的对特定资源的修改请求所附带的版本信息与之前的某个（第三方）请求向冲突，那么此时服务器就应该返回一个409错误，告知用户请求无法完成。此时，响应实体中很可能会包含两个冲突版本之间的差异比较，以便用户重新提交归并以后的新版本。

  • 410被请求的资源在服务器上已经不再可用，而且没有任何已知的转发地址。这样的状况应当被认为是永久性的。如果可能，拥有链接编辑功能的客户端应当在获得用户许可后删除所有指向这个地址的引用。如果服务器不知道或者无法确定这个状况是否是永久的，那么就应该使用404状态码。除非额外说明，否则这个响应是可缓存的。 　　410响应的目的主要是帮助网站管理员维护网站，通知用户该资源已经不再可用，并且服务器拥有者希望所有指向这个资源的远端连接也被删除。这类事件在限时、增值服务中很普遍。同样，410响应也被用于通知客户端在当前服务器站点上，原本属于某个个人的资源已经不再可用。当然，是否需要把所有永久不可用的资源标记为’410 Gone’，以及是否需要保持此标记多长时间，完全取决于服务器拥有者。

  • 411服务器拒绝在没有定义 Content-Length 头的情况下接受请求。在添加了表明请求消息体长度的有效 Content-Length 头之后，客户端可以再次提交该请求。

  • 412服务器在验证在请求的头字段中给出先决条件时，没能满足其中的一个或多个。这个状态码允许客户端在获取资源时在请求的元信息（请求头字段数据）中设置先决条件，以此避免该请求方法被应用到其希望的内容以外的资源上。

  • 413服务器拒绝处理当前请求，因为该请求提交的实体数据大小超过了服务器愿意或者能够处理的范围。此种情况下，服务器可以关闭连接以免客户端继续发送此请求。 　　如果这个状况是临时的，服务器应当返回一个 Retry-After 的响应头，以告知客户端可以在多少时间以后重新尝试。

  • 414请求的URI 长度超过了服务器能够解释的长度，因此服务器拒绝对该请求提供服务。这比较少见，通常的情况包括： 　　本应使用POST方法的表单提交变成了GET方法，导致查询字符串（Query String）过长。 　　重定向URI “黑洞”，例如每次重定向把旧的 URI 作为新的 URI 的一部分，导致在若干次重定向后 URI 超长。 　　客户端正在尝试利用某些服务器中存在的安全漏洞攻击服务器。这类服务器使用固定长度的缓冲读取或操作请求的 URI，当 GET 后的参数超过某个数值后，可能会产生缓冲区溢出，导致任意代码被执行[1]。没有此类漏洞的服务器，应当返回414状态码。

  • 415对于当前请求的方法和所请求的资源，请求中提交的实体并不是服务器中所支持的格式，因此请求被拒绝。
    416如果请求中包含了 Range 请求头，并且 Range 中指定的任何数据范围都与当前资源的可用范围不重合，同时请求中又没有定义 If-Range 请求头，那么服务器就应当返回416状态码。 　　假如 Range 使用的是字节范围，那么这种情况就是指请求指定的所有数据范围的首字节位置都超过了当前资源的长度。服务器也应当在返回416状态码的同时，包含一个 Content-Range 实体头，用以指明当前资源的长度。这个响应也被禁止使用 multipart/byteranges 作为其 Content-Type。

  • 417在请求头 Expect 中指定的预期内容无法被服务器满足，或者这个服务器是一个代理服务器，它有明显的证据证明在当前路由的下一个节点上，Expect 的内容无法被满足。
    421从当前客户端所在的IP地址到服务器的连接数超过了服务器许可的最大范围。通常，这里的IP地址指的是从服务器上看到的客户端地址（比如用户的网关或者代理服务器地址）。在这种情况下，连接数的计算可能涉及到不止一个终端用户。

  • 422从当前客户端所在的IP地址到服务器的连接数超过了服务器许可的最大范围。通常，这里的IP地址指的是从服务器上看到的客户端地址（比如用户的网关或者代理服务器地址）。在这种情况下，连接数的计算可能涉及到不止一个终端用户。
    422请求格式正确，但是由于含有语义错误，无法响应。（RFC 4918 WebDAV）423 Locked 　　当前资源被锁定。（RFC 4918 WebDAV）
    424由于之前的某个请求发生的错误，导致当前请求失败，例如 PROPPATCH。（RFC 4918 WebDAV）

  • 425在WebDav Advanced Collections 草案中定义，但是未出现在《WebDAV 顺序集协议》（RFC 3658）中。

  • 426客户端应当切换到TLS/1.0。（RFC 2817）

  • 449由微软扩展，代表请求应当在执行完适当的操作后进行重试。

  • 500服务器遇到了一个未曾预料的状况，导致了它无法完成对请求的处理。一般来说，这个问题都会在服务器的程序码出错时出现。

  • 501服务器不支持当前请求所需要的某个功能。当服务器无法识别请求的方法，并且无法支持其对任何资源的请求。

  • 502作为网关或者代理工作的服务器尝试执行请求时，从上游服务器接收到无效的响应。

  • 503由于临时的服务器维护或者过载，服务器当前无法处理请求。这个状况是临时的，并且将在一段时间以后恢复。如果能够预计延迟时间，那么响应中可以包含一个 Retry-After 头用以标明这个延迟时间。如果没有给出这个 Retry-After 信息，那么客户端应当以处理500响应的方式处理它。 　　注意：503状态码的存在并不意味着服务器在过载的时候必须使用它。某些服务器只不过是希望拒绝客户端的连接。

  • 504作为网关或者代理工作的服务器尝试执行请求时，未能及时从上游服务器（URI标识出的服务器，例如HTTP、FTP、LDAP）或者辅助服务器（例如DNS）收到响应。 　　注意：某些代理服务器在DNS查询超时时会返回400或者500错误

  • 505服务器不支持，或者拒绝支持在请求中使用的 HTTP 版本。这暗示着服务器不能或不愿使用与客户端相同的版本。响应中应当包含一个描述了为何版本不被支持以及服务器支持哪些协议的实体。

  • 506由《透明内容协商协议》（RFC 2295）扩展，代表服务器存在内部配置错误：被请求的协商变元资源被配置为在透明内容协商中使用自己，因此在一个协商处理中不是一个合适的重点。

  • 507服务器无法存储完成请求所必须的内容。这个状况被认为是临时的。WebDAV (RFC 4918)

  • 509服务器达到带宽限制。这不是一个官方的状态码，但是仍被广泛使用。

  • 510获取资源所需要的策略并没有没满足。（RFC 2774）

3.服务器端缓存之分布式缓存

3.1一致性Hash算法

https://www.cnblogs.com/moonandstar08/p/5405991.html

3.1.1算法简述

一致性哈希算法(Consistent Hashing Algorithm)是一种分布式算法，常用于负载均衡。Memcached client也选择这种算法，解决将key-value均匀分配到众多Memcached server上的问题。它可以取代传统的取模操作，解决了取模操作无法应对增删Memcached Server的问题(增删server会导致同一个key,在get操作时分配不到数据真正存储的server，命中率会急剧下降)。

简单来说，一致性哈希将整个哈希值空间组织成一个虚拟的圆环，如假设某哈希函数H的值空间为0 - (2^32)-1（即哈希值是一个32位无符号整形），整个哈希空间环如下：
缓存-LMLPHP

整个空间按顺时针方向组织。0和(2^32)-1在零点中方向重合。

下一步将各个服务器使用H进行一个哈希，具体可以选择服务器的ip或主机名作为关键字进行哈希，这样每台机器就能确定其在哈希环上的位置，这里假设将上文中三台服务器使用ip地址哈希后在环空间的位置如下：
缓存-LMLPHP

接下来使用如下算法定位数据访问到相应服务器：将数据key使用相同的函数H计算出哈希值h，通根据h确定此数据在环上的位置，从此位置沿环顺时针“行走”，第一台遇到的服务器就是其应该定位到的服务器。

例如我们有A、B、C、D四个数据对象，经过哈希计算后，在环空间上的位置如下：
缓存-LMLPHP

根据一致性哈希算法，数据A会被定为到Server 1上，D被定为到Server 3上，而B、C分别被定为到Server 2上。

3.1.2 容错性与可扩展性分析

下面分析一致性哈希算法的容错性和可扩展性。现假设Server 3宕机了：
缓存-LMLPHP
可以看到此时A、C、B不会受到影响，只有D节点被重定位到Server 2。一般的，在一致性哈希算法中，如果一台服务器不可用，则受影响的数据仅仅是此服务器到其环空间中前一台服务器（即顺着逆时针方向行走遇到的第一台服务器）之间数据，其它不会受到影响。

下面考虑另外一种情况，如果我们在系统中增加一台服务器Memcached Server 4：
缓存-LMLPHP

此时A、D、C不受影响，只有B需要重定位到新的Server 4。一般的，在一致性哈希算法中，如果增加一台服务器，则受影响的数据仅仅是新服务器到其环空间中前一台服务器（即顺着逆时针方向行走遇到的第一台服务器）之间数据，其它不会受到影响。

综上所述，一致性哈希算法对于节点的增减都只需重定位环空间中的一小部分数据，具有较好的容错性和可扩展性。

3.1.3虚拟节点

一致性哈希算法在服务节点太少时，容易因为节点分部不均匀而造成数据倾斜问题。例如我们的系统中有两台服务器，其环分布如下：
缓存-LMLPHP

此时必然造成大量数据集中到Server 1上，而只有极少量会定位到Server 2上。为了解决这种数据倾斜问题，一致性哈希算法引入了虚拟节点机制，即对每一个服务节点计算多个哈希，每个计算结果位置都放置一个此服务节点，称为虚拟节点。具体做法可以在服务器ip或主机名的后面增加编号来实现。例如上面的情况，我们决定为每台服务器计算三个虚拟节点，于是可以分别计算“Memcached Server 1#1”、“Memcached Server 1#2”、“Memcached Server 1#3”、“Memcached Server 2#1”、“Memcached Server 2#2”、“Memcached Server 2#3”的哈希值，于是形成六个虚拟节点：
缓存-LMLPHP

3.1.4算法实现（待完善）

3.2 分布式缓存：Redis(待完善）

3.3 本地缓存：guava cacheBuilder(待完善）

4.缓存常见问题

https://blog.csdn.net/qq_26517369/article/details/78330694

4.1 数据一致性

    缓存是在数据持久化之前的一个节点，主要是将热点数据放到离用户最近或访问速度更快的介质中，加快数据的访问，减小响应时间。
    因为缓存属于持久化数据的一个副本，因此不可避免的会出现数据不一致问题。导致脏读或读不到数据的情况。数据不一致，一般是因为网络不稳定或节点故障导致。根据数据的操作顺序，主要有以下几种情况。

场景介绍

  1. 先写缓存，再写数据库
        假如缓存写成功，但写数据库失败或响应延迟，则下次读取（并发读）缓存时，就出现脏读。

场景分析：这个写缓存的方式，本身就是错误的，需要改为先写持久化介质，再写缓存的方式。

  1. 先写数据库，再写缓存
        假如写数据库成功，但写缓存失败，则下次读取（并发读）缓存时，则读不到数据。

场景分析：
（1）根据写入缓存的响应来进行判断，如果缓存写入失败，则回滚数据库操作；此种方法增加了程序的复杂度，不建议采用；
（2）缓存使用时，假如读缓存失败，先读数据库，再回写缓存的方式实现。

  1. 缓存异步刷新
        指数据库操作和写缓存不在一个操作步骤中，比如在分布式场景下，无法做到同时写缓存或需要异步刷新（补救措施）时候。
        此种情况，主要考虑数据写入和缓存刷新的时效性。比如多久内刷新缓存，不影响用户对数据的访问。

场景分析：
（1）首先确定，哪些数据适合此类场景；
（2）根据经验值确定合理的数据不一致时间，用户数据刷新的时间间隔。

  1. 关于一致性的其他有效的解决方案
    （1）超时：设置合理的超时时间；
    （2）刷新：定时刷新一定范围内（根据时间，版本号）的数据；

以上是简化数据读写场景，实际中会分为：
（1）缓存与数据库之间的一致性；
（2）多级缓存之前的一致性；
（3）缓存副本之前的一致性。

4.2 缓存高可用

    业界有两种理论，第一套缓存就是缓存，临时存储数据的，不需要高可用。第二种缓存逐步演化为重要的存储介质，需要做高可用。

    本人的看法是，缓存是否高可用，需要根据实际的场景而定。临界点是是否对后端的数据库造成影响。

    具体的决策依据需要根据，集群的规模（数据，缓存），成本（服务器，运维），系统性能（并发量，吞吐量，响应时间）等方面综合评价。

    解决方法：缓存的高可用，一般通过分布式和复制实现。分布式实现数据的海量缓存，复制实现缓存数据节点的高可用。架构图如下：

    其中，分布式采用一致性Hash算法，复制采用异步复制。

其他方法
（1）复制双写：缓存节点的复制，由异步改为双写，只有两份都写成功，才算成功。
（2）虚拟层：一致性Hash存在，假如其中一个HASH环不可用，数据会写入临近的环，当HASH可用时，数据又写入正常的HASH环，会导致数据偏移问题。这种情况，可以考虑在HASH环前面加一个虚拟层实现。
（3）多级缓存：比如一级使用本地缓存，二级采用分布式Cahce，三级采用分布式Cache+本地持久化；
方式很多，需要根据业务场景灵活选择。

4.3 缓存雪崩

雪崩是指当大量缓存失效时，导致大量的请求访问数据库，导致数据库服务器，无法抗住请求或挂掉的情况。

解决方法：
（1）合理规划缓存的失效时间；
（2）合理评估数据库的负载压力；
（3）对数据库进行过载保护或应用层限流；
（4）多级缓存设计，缓存高可用。

4.4 缓存穿透

缓存一般是Key，value方式存在，当某一个Key不存在时会查询数据库，假如这个Key，一直不存在，则会频繁的请求数据库，对数据库造成访问压力。

解决方法：
（1）对结果为空的数据也进行缓存，当此key有数据后，清理缓存；
（2）一定不存在的key，采用布隆过滤器，建立一个大的Bitmap中，查询时通过该bitmap过滤。

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