作者：禅与计算机程序设计艺术

随着互联网的蓬勃发展，网站流量越来越大，网站的数据库访问频率也越来越高，而对于数据库服务器来说，一次数据库请求所花费的时间也越来越长。为了解决这个问题，数据库系统设计者们提出了缓存技术，将数据库中的数据存储到内存中，这样就可以减少数据库的访问次数，加快响应速度。

查询缓存（Query Cache）是指当用户执行一条SQL语句时，首先在缓存中查找该条SQL是否已经被缓存过，如果已经被缓存，则直接从缓存中返回查询结果；否则，才会真正去数据库中进行查询。缓存的存在可以极大的提高数据库查询效率。因为相比于每次都需要去数据库中查询，缓存后只需从内存中获取结果，查询速度就会显著地提升。由于缓存通常是内存空间，因此查询缓存不能无限扩大，所以缓存过期、容量限制等方面都需要进行设置。

结果缓存（Result Cache）是指当用户执行一条SELECT语句（即查询语句）时，在查询结束之前，先把结果存放在内存中，直到下次再需要的时候再取出结果并返回给客户端。而非查询语句，例如INSERT、UPDATE、DELETE语句，一般不会执行结果缓存，也就是说即使对同一个表进行操作多次，其结果也不会被缓存起来。

缓存击穿(cache-miss)是指某个热点数据被访问的情况，当某个数据出现在缓存中时，由于某种原因(如缓存过期或缓存空间不足)，导致无法及时的更新到缓存中，从而导致缓存中没有该数据，然后用户再次访问该数据时，由于此时缓存中并没有该数据，因此只能从源数据库中读取。这种现象称之为缓存击穿。

缓存穿透(cache-penetration)是指在缓存和数据库中都没有对应的数据，导致用户查询不到想要的数据。缓存穿透是一种性能问题，当缓存和数据库中都没有相应的数据时，查询将会向源数据库发送请求，这种请求量可能会很大，甚至造成系统崩溃。

缓存雪崩(cache-avalanche)是指在某段时间内，缓存集体失效，所有请求都怼到数据库上。由于缓存过期时间短，刚好失效导致大量请求同时访问数据库，引起数据库压力过大，甚至宕机。

查询缓存的基本原理是将查询到的结果保存到缓存中，当下次有相同的查询请求时，就直接从缓存中返回查询结果，避免重新查询，提高查询效率。由于缓存是内存空间，不能无限扩大，因此系统设计者需要设置缓存的过期时间、大小限制等参数。

检查查询缓存

在执行SQL语句前，需要检查查询缓存中是否已经有缓存。如果缓存命中，则直接从缓存中读取查询结果；如果缓存丢失或者过期，则继续执行SQL语句并将查询结果保存到缓存中。

操作步骤

1.检查SQL文本是否与缓存中的SQL文本一致。如果一致，则表示命中缓存。 2.检查是否已经超过缓存过期时间。如果超过过期时间，则表示缓存过期，需要重新查询。 3.检查查询结果是否已经在缓存中。如果已经在缓存中，则直接从缓存中读取结果。 4.如果查询结果不存在缓存中，则执行SQL语句并将查询结果保存到缓存中。

SQL文本匹配规则

检查SQL文本匹配规则如下：

1.SQL文本完全匹配。 2.SQL文本与缓存中的SQL文本包含关系。

SQL文本完全匹配

SQL文本完全匹配时，比较SQL文本完全相同，才认为命中缓存。

SQL文本包含关系

SQL文本包含关系时，比较SQL文本是否包含缓存中的SQL文本。例如：

该SQL语句中包含，因此可以命中以下缓存：

缓存中包含字段，但是该缓存不是针对上述SQL语句的，因此并不命中。

清空查询缓存

当修改数据库中的数据时，如果已经命中的缓存失效，则需要清除掉该缓存，以保证数据的最新性。

操作步骤

1.删除对应的缓存项。 2.刷新缓存中的最近使用列表。 3.如果缓存已满，则清除最近最久未使用的数据。

删除对应的缓存项

当修改数据库的数据时，要删除对应的缓存项。具体做法是，首先根据SQL语句生成唯一的key值，然后删除对应的缓存项即可。

刷新缓存中的最近使用列表

缓存中的数据有两种类型：热点数据（经常访问的数据）和冷数据（不经常访问的数据）。维护最近使用的列表，能够快速淘汰缓存中不需要的数据，以节约内存。

刷新最近使用列表的方式有两种：

1.定期扫描缓存，检查哪些数据最近被访问，并将其移到列表头部。 2.当有新数据加入缓存时，自动添加到列表尾部。

如果缓存已满

当缓存满了之后，需要清除掉最近最久未使用的数据，以腾出缓存空间。具体做法是，首先按最近最久未使用排序，清除最后的一部分数据；也可以选择优先级低的缓存项，将其淘汰掉。

结果缓存的基本原理是将查询结果保存到内存中，当下次需要该结果时，就直接从缓存中返回结果，而不是重新执行查询，提高查询效率。

设置结果缓存

设置结果缓存一般通过启动参数完成，比如mysqld --query_cache_type=ON 或 my.ini 中的 query_cache_type 参数。

查找查询缓存

在执行查询语句前，首先检查查询缓存中是否已经有缓存。如果查询缓存已经存在，则直接从缓存中返回查询结果；如果查询缓存不存在，则继续执行查询语句并将查询结果保存到缓存中。

操作步骤

1.检查SQL文本是否与缓存中的SQL文本一致。如果一致，则表示命中缓存。 2.检查缓存中是否已经有查询结果。如果有，则直接返回结果。 3.如果缓存中没有查询结果，则执行SQL语句并将查询结果保存到缓存中。

SQL文本匹配规则

检查SQL文本匹配规则如下：

1.SQL文本完全匹配。 2.SQL文本与缓存中的SQL文本包含关系。

SQL文本完全匹配

SQL文本完全匹配时，比较SQL文本完全相同，才认为命中缓存。

SQL文本包含关系

SQL文本包含关系时，比较SQL文本是否包含缓存中的SQL文本。例如：

该SQL语句中包含，因此可以命中以下缓存：

缓存中包含字段，但是该缓存不是针对上述SQL语句的，因此并不命中。

查询缓存案例模拟一个数据库系统，其中有两个表和。为了演示查询缓存的效果，假设设置了查询缓存和热点数据缓存。

查询缓存案例分析

为了验证查询缓存的效果，我们进行一下操作：

查询缓存案例总结

从上面的例子可以看出，在第二次查询时，查询结果已经被缓存，不会再去执行查询。而且在执行更新操作时，更新的是缓存中的数据，而不是直接去数据库中更新。缓存失效时，要将更新的数据写入缓存，因此效率更高。

结果缓存案例模拟一个微博系统，每隔十分钟更新一次话题排行榜。为了验证结果缓存的效果，我们进行一下操作：

从以上查询结果可以看出，开启结果缓存后的查询速度较前者提升明显。原因在于结果缓存能够命中缓存中保存的结果，避免了重复计算，加快查询速度。

目前，MySQL查询缓存主要用于缓存查询语句的结果，以提高查询效率。如果想进一步提高查询缓存的应用范围，比如缓存整个表的查询结果，那么就会遇到热点数据的缓存问题。

热点数据的缓存问题是指某一段时间内，缓存命中率很高，缓存占用内存很多的问题。这种问题往往发生在有大量热点数据的环境下，比如电商网站日均订单量最大的几个小时、秒杀活动、秒杀商品购买人数最多的那段时间等。由于缓存命中率高，所以缓存占用内存很多，最终影响到了其他查询请求的响应时间。

解决热点数据的缓存问题，可以从以下几个方面着手：

1.利用Redis等分布式缓存技术。目前很多开源分布式缓存产品，都提供了热点数据缓存功能，可以在这些产品上部署缓存解决方案，降低热点数据的缓存命中率。

2.对于热点数据，采用异步方式处理。对于访问较少的热点数据，可以采用异步的方式处理，将访问操作放入队列中，由后台线程去处理。而对于访问较多的热点数据，可以使用同步的方式处理，确保缓存命中率。

3.缓存数据的有效期。对热点数据设置较短的缓存有效期，使得缓存命中率降低，但不会影响缓存的整体性能。另外，对于一些实时性要求不高的业务，可以适当延长缓存有效期，以达到最优的效果。

随着互联网业务的发展，数据库也在增长。单一的数据库的存储能力已经无法满足需求。比如微信朋友圈的消息记录、手机通讯录、地图导航信息等。

为了解决这个问题，许多公司和组织开始采用分片方案，将数据划分为多个独立的数据库实例，每个实例负责管理其中一部分数据，彻底解决单库存储容量问题。然而，单个分片可能也会面临热点数据缓存的问题，甚至会成为系统性能瓶颈。

如何解决分片缓存问题？有以下几种方案：

1.数据分区。将数据按照某种规则分散到不同的分片中，每个分片的存储能力不同，从而缓解单个分片存储容量过小的问题。另外，可以基于数据特征对分片进行拆分，降低热点数据的影响。

2.异地多活架构。为了避免主备同步延迟带来的性能问题，可以将热点数据同步到多个可用区或区域，以提升系统的访问性能。

3.数据缓存分层。除了使用本地缓存，还可以通过多级缓存方案，将热点数据缓存在各级缓存中，提升系统的访问性能。第一级缓存可以部署在本地，第二级缓存部署在离用户最近的地方，第三级缓存部署在远处。第三级缓存需要依赖于云厂商的服务，比如亚马逊的CloudFront。

1.什么是MySQL查询缓存?

查询缓存是MySQL数据库系统提供的一种优化策略，能够对频繁执行的SELECT语句的结果进行缓存。通过缓存，下一次相同的SELECT语句的执行过程可直接从缓存中获取结果，避免重新计算，提高数据库查询效率。

2.为什么MySQL查询缓存能够提高查询效率?

查询缓存主要用于缓存查询语句的结果，避免重复计算，提高数据库查询效率。由于缓存命中率高，所以缓存占用内存很多，最终影响到了其他查询请求的响应时间。

3.MySQL查询缓存工作原理是什么样的？

MySQL查询缓存的工作原理是，当查询请求到来时，首先在缓存中查找该条SQL是否已经被缓存过，如果已经被缓存，则直接从缓存中返回查询结果；否则，才会真正去数据库中进行查询。缓存的存在可以极大的提高数据库查询效率。

4.查询缓存对什么类型的SQL语句生效？

查询缓存仅对SELECT类型的SQL语句有效。

5.查询缓存中SQL文本的匹配规则是什么？

查询缓存中SQL文本的匹配规则分两类：完全匹配和包含匹配。包含匹配就是将查询语句中的一些关键字包含在缓存的SQL文本中，且顺序相同。完全匹配就是查询语句与缓存的SQL文本完全相同。

6.MySQL查询缓存存在什么问题？

MySQL查询缓存存在以下问题：

1.缓存击穿：缓存击穿是指某个热点数据被访问的情况，当某个数据出现在缓存中时，由于某种原因(如缓存过期或缓存空间不足)，导致无法及时的更新到缓存中，从而导致缓存中没有该数据，然后用户再次访问该数据时，由于此时缓存中并没有该数据，因此只能从源数据库中读取。这种现象称之为缓存击穿。

2.缓存穿透：缓存穿透(cache-penetration)是指在缓存和数据库中都没有对应的数据，导致用户查询不到想要的数据。缓存穿透是一种性能问题，当缓存和数据库中都没有相应的数据时，查询将会向源数据库发送请求，这种请求量可能会很大，甚至造成系统崩溃。

3.缓存雪崩：缓存雪崩(cache-avalanche)是指在某段时间内，缓存集体失效，所有请求都怼到数据库上。由于缓存过期时间短，刚好失效导致大量请求同时访问数据库，引起数据库压力过大，甚至宕机。

7.怎么设置MySQL查询缓存的过期时间？

可以使用查询语句：