CN115934583A - 分级缓存方法、装置及系统 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及一种分级缓存方法、装置及系统，方法包括：获取数据，在预先分配的一级缓存中进行数据查询，若在一级缓存中查询命中，则将缓存结果写入预先分配的二级缓存；若在一级缓存中查询未命中，则在二级缓存中进行数据查询。若在二级缓存中查询未命中，则进行非缓存查询，并将查询结果写入一级缓存；若在二级缓存中查询命中，则将缓存结果写回一级缓存。本申请中的技术方案实现分级缓存，出现频率越高的数据，会在一级缓存和二级缓存中反复写入和写回，即出现频率越高的数据会在缓存空间中获得更长的期望寿命，高出现频率数据等同于有用数据，高出现频率数据的高期望寿命会使得缓存空间可以得到充分利用。
Description
技术领域
本申请涉及数据处理技术领域，尤其涉及一种分级缓存方法、装置及系统。
背景技术
在数据处理中，经常需要对数据进行查询操作。硬盘查询速度慢，难以满足高并发需求。内存查询速度快，但其容量有限，很难将所有数据存储至内存中。缓存是指可以进行高速数据交换的存储器，它先于内存与中央处理器(central processing unit，CPU)交换数据，因此速率很快，但同样存在容量有限的问题。
缓存的工作原理是当CPU要读取一个数据时，首先从CPU缓存中查找，找到就立即读取并送给CPU处理；没有找到，就从速率相对较慢的内存中读取并送给CPU处理，同时把这个数据所在的数据块调入缓存中，可以使得以后对整块数据的读取都从缓存中进行，不必再调用内存。正是这样的读取机制使CPU读取缓存的命中率非常高(大多数CPU可达90％左右)，也就是说CPU下一次要读取的数据90％都在CPU缓存中，只有大约10％需要从内存读取。这大大节省了CPU直接读取内存的时间，也使CPU读取数据时基本无需等待。总的来说，CPU读取数据的顺序是先缓存后内存再硬盘。
现有技术中，无论一条数据是否有用均会进行缓存，这使得缓存中会存在较多无用数据占用缓存空间，由于缓存空间存在容量有限的问题，使得缓存空间无法得到有效利用。
发明内容
为至少在一定程度上克服相关技术中无用数据占用缓存空间，导致缓存空间无法得到有效利用的问题，本申请提供一种分级缓存方法、装置及系统。
本申请的方案如下：
根据本申请实施例的第一方面，提供一种分级缓存方法，包括：
获取数据；
在预先分配的一级缓存中进行数据查询；
若在所述一级缓存中查询命中，则将缓存结果写入预先分配的二级缓存；
若在所述一级缓存中查询未命中，则在所述二级缓存中进行数据查询；
若在所述二级缓存中查询未命中，则进行非缓存查询，并将查询结果写入一级缓存；
若在所述二级缓存中查询命中，则将缓存结果写回所述一级缓存。
优选地，所述方法还包括：
在数据处理完成后，执行缓存空间检查流程；
根据检查结果对缓存空间执行对应处理方案。
优选地，所述缓存空间检查流程包括：
检查所述一级缓存的容量是否达到第一容量预设值；
检查所述二级缓存的容量是否达到第二容量预设值。
优选地，所述根据检查结果对缓存空间执行对应处理方案，包括：
在所述一级缓存的容量达到第一容量预设值时，随机删除所述一级缓存中预设条数的数据；
在所述二级缓存的容量达到第二容量预设值时，随机删除所述二级缓存中预设条数的数据。
优选地，所述根据检查结果对缓存空间执行对应处理方案，包括：
在所述一级缓存的容量达到第一容量预设值时，基于缓存时间戳删除所述一级缓存中预设条数的数据；
在所述二级缓存的容量达到第二容量预设值时，基于缓存时间戳删除所述二级缓存中预设条数的数据。
优选地，所述一级缓存的容量大于所述二级缓存的容量。
优选地，所述将缓存结果写入预先分配的二级缓存后，所述方法还包括：
返回缓存结果。
优选地，所述将缓存结果写回所述一级缓存后，所述方法还包括：
返回缓存结果。
根据本申请实施例的第二方面，提供一种分级缓存装置，包括：
处理器和存储器；
所述处理器与存储器通过通信总线相连接：
其中，所述处理器，用于调用并执行所述存储器中存储的程序；
所述存储器，用于存储程序，所述程序至少用于执行如以上任一项所述的一种分级缓存方法。
根据本申请实施例的第三方面，提供一种分级缓存系统，包括：
获取模块，用于获取数据；
一级缓存查询模块，用于在预先分配的一级缓存中进行数据查询；
二级缓存写入模块，用于若在所述一级缓存中查询命中，则将缓存结果写入预先分配的二级缓存；
二级缓存查询模块，用于若在所述一级缓存中查询未命中，则在所述二级缓存中进行数据查询；
一级缓存写入模块，用于若在所述二级缓存中查询未命中，则进行非缓存查询，并将查询结果写入一级缓存；
一级缓存写回模块，用于若在所述二级缓存中查询命中，则将缓存结果写回所述一级缓存。
本申请提供的技术方案可以包括以下有益效果：本申请中的分级缓存方法，包括：获取数据，在预先分配的一级缓存中进行数据查询，若在一级缓存中查询命中，则将缓存结果写入预先分配的二级缓存；若在一级缓存中查询未命中，则在二级缓存中进行数据查询。若在二级缓存中查询未命中，则进行非缓存查询，并将查询结果写入一级缓存；若在二级缓存中查询命中，则将缓存结果写回一级缓存。本申请中的技术方案实现分级缓存，在二级缓存中缓存的数据，均为出现2次以上的数据，且出现频率越高的数据，会在一级缓存和二级缓存中反复写入和写回，即出现频率越高的数据会在缓存空间中获得更长的期望寿命，高出现频率数据对应高期望寿命，从而以较大限度地提升缓存查询命中率，减少查询时间。且高出现频率数据等同于有用数据，高出现频率数据的高期望寿命会使得缓存空间可以得到充分利用。
应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本申请。
附图说明
此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本申请的实施例，并与说明书一起用于解释本申请的原理。
图1是本申请一个实施例提供的一种分级缓存方法的流程示意图；
图2是本申请一个实施例提供的另一种分级缓存方法的流程示意图；
图3是本申请一个实施例提供的一种分级缓存装置的示意框图；
图4是本申请一个实施例提供的一种分级缓存系统的示意框图。
附图标记：处理器-21；存储器-22；获取模块31；一级缓存查询模块-32；二级缓存写入模块-33；二级缓存查询模块-34；一级缓存写入模块-35；一级缓存写回模块-36。
具体实施方式
这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本申请相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本申请的一些方面相一致的装置和方法的例子。
实施例一
图1是本实施例一个实施例提供的一种分级缓存方法的流程示意图，参照图1，一种分级缓存方法，包括：
S11：获取数据；
S12：在预先分配的一级缓存中进行数据查询；
S13：若在一级缓存中查询命中，则将缓存结果写入预先分配的二级缓存；
S14：若在一级缓存中查询未命中，则在二级缓存中进行数据查询；
S15：若在二级缓存中查询未命中，则进行非缓存查询，并将查询结果写入一级缓存；
S16：若在二级缓存中查询命中，则将缓存结果写回一级缓存。
需要说明的是，本实施例中的技术方案应用于数据处理技术领域，具体应用于在数据处理中，需要对数据进行查询操作的场景中。
需要说明的是，在许多业务场景中，不同数据的访问频次分布符合帕累托分布，在帕累托分布中，假设X是一个随机变量，则X的概率分布如下所示：
x表示数据被访问的次数，xmin是x最小的可能值(在本例中为1)，k是为正的参数。设k＝2。此分布表示，25％的数据被访问2次以上，因为此时x＝2，所以
同理，11％的数据被访问3次以上，(3/1)-2＝0.11，以此类推。
基于此，本实施例中提供了一种无需额外空间成本的动态可调的分级缓存。具体设计如下：
容量为m1的一级缓存；
容量为m2的二级缓存,且m2<<m1。
需要说明的是，本实施例中的技术方案在实施时，参照图2，当一条数据进入后，获取该数据，首先在一级缓存中进行数据查询；若在一级缓存中查询命中，则将缓存结果写入二级缓存；在一级缓存中查询未命中，则在二级缓存中进行数据查询。
若在二级缓存中查询未命中，则进行非缓存查询，并将查询结果写入一级缓存；若在二级缓存中查询命中，则将缓存结果写回一级缓存。
可以理解的是，若在一级缓存中查询命中，则将缓存结果写入二级缓存，是为了增加该数据在缓存空间中的期望寿命。在二级缓存中查询命中，则将缓存结果写回一级缓存，是因为数据查询是从一级缓存开始查询的，所以在二级缓存中查询命中，则将缓存结果写回一级缓存，可以使该数据下次被查询时，直接在一级缓存中命中，减少查询时间；并且通过在一级缓存和二级缓存中反复写入和写回，使出现频率越高的数据会在缓存空间中获得更长的期望寿命。
需要说明的是，在一级缓存和二级缓存中均未查询命中的数据，对其进行非缓存查询，非缓存查询即为内存查询，和/或，硬盘查询。在查询到该数据时，将查询结果写入一级缓存。
需要说明的是，将缓存结果写入预先分配的二级缓存后，方法还包括：
返回缓存结果。
将缓存结果写回一级缓存后，方法还包括：
返回缓存结果。
可以理解的是，缓存结果除了记录有关客户端和源请求和响应的信息之外，还记录有关通过节点的每个请求的缓存交互的详细信息。缓存结果对于建立有效的缓存配置非常重要，因此在发生缓存数据转移后需要返回缓存结果。
需要说明的是，方法还包括：
在数据处理完成后，执行缓存空间检查流程；
根据检查结果对缓存空间执行对应处理方案。
具体的，缓存空间检查流程包括：
检查一级缓存的容量是否达到第一容量预设值；
检查二级缓存的容量是否达到第二容量预设值。
可选的，第一容量预设值为100％，第二容量预设值为100％，需要说明的是，本示例中只是对第一容量预设值和第二容量预设值的取值进行示例性说明，在具体实践中，可以根据实际需要进行设定。
在具体实践中，根据检查结果对缓存空间执行对应处理方案，包括：
在一级缓存的容量达到第一容量预设值时，随机删除一级缓存中预设条数的数据；
在二级缓存的容量达到第二容量预设值时，随机删除二级缓存中预设条数的数据。
需要说明的是，预设条数可以但不限于为1条。
在具体实践中，根据检查结果对缓存空间执行对应处理方案，也可以为：
在一级缓存的容量达到第一容量预设值时，基于缓存时间戳删除一级缓存中预设条数的数据；
在二级缓存的容量达到第二容量预设值时，基于缓存时间戳删除二级缓存中预设条数的数据。
需要说明的是，本实施例中可以通过缓存时间戳查看各缓存数据的缓存先后顺序，缓存时间较为靠前的缓存数据为无用数据的可能性更高，可以将缓存时间较为靠前的缓存数据优先删除。
对本实施例中的方案进行有效性证明：设总数据量为M，一级缓存容量为m1，二级缓存容量为m2，一般的有m2<<m1<<M。对于出现频次为x的数据，E(x)表示两次查询间隔的数学期望，即
在具体实践中，M>>x，且M数值较大，故公式(1)可简化为
对于数据x，其下一次查询命中缓存的期望函数P(x)为：
将公式(2)带入公式(3)得到：
可知，对于任意m2>0，
即在总容量不变的情况下，相比于只有一级缓存，使用一级缓存和二级缓存的组合可以增加缓存命中率。
本实施例中的分级缓存方法，包括：获取数据，在预先分配的一级缓存中进行数据查询，若在一级缓存中查询命中，则将缓存结果写入预先分配的二级缓存；若在一级缓存中查询未命中，则在二级缓存中进行数据查询。若在二级缓存中查询未命中，则进行非缓存查询，并将查询结果写入一级缓存；若在二级缓存中查询命中，则将缓存结果写回一级缓存。本实施例中的技术方案实现分级缓存，在二级缓存中缓存的数据，均为出现2次以上的数据，且出现频率越高的数据，会在一级缓存和二级缓存中反复写入和写回，即出现频率越高的数据会在缓存空间中获得更长的期望寿命，高出现频率数据对应高期望寿命，从而以较大限度地提升缓存查询命中率，减少查询时间。且高出现频率数据等同于有用数据，高出现频率数据的高期望寿命会使得缓存空间可以得到充分利用。
实施例二
图3是本实施例一个实施例提供的一种分级缓存装置的示意框图，参照图3，一种分级缓存装置，包括：
处理器21和存储器22；
处理器21与存储器22通过通信总线相连接：
其中，处理器21，用于调用并执行存储器22中存储的程序；
存储器22，用于存储程序，程序至少用于执行以上实施例中的一种分级缓存方法。
实施例三
图4是本实施例一个实施例提供的一种分级缓存系统的示意框图，参照图4，一种分级缓存系统，包括：
获取模块31，用于获取数据；
一级缓存查询模块32，用于在预先分配的一级缓存中进行数据查询；
二级缓存写入模块33，用于若在一级缓存中查询命中，则将缓存结果写入预先分配的二级缓存；
二级缓存查询模块34，用于若在一级缓存中查询未命中，则在二级缓存中进行数据查询；
一级缓存写入模块35，用于若在二级缓存中查询未命中，则进行非缓存查询，并将查询结果写入一级缓存；
一级缓存写回模块36，用于若在二级缓存中查询命中，则将缓存结果写回一级缓存。
需要说明的是，分级缓存系统，还包括：
缓存结果返回模块，用于将缓存结果写入预先分配的二级缓存后，返回缓存结果；还用于将缓存结果写回一级缓存后，返回缓存结果。
需要说明的是，分级缓存系统，还包括：
缓存空间检查模块，用于在数据处理完成后，执行缓存空间检查流程；具体包括：检查一级缓存的容量是否达到第一容量预设值；检查二级缓存的容量是否达到第二容量预设值。
处理模块，用于根据检查结果对缓存空间执行对应处理方案；具体包括：在一级缓存的容量达到第一容量预设值时，随机删除一级缓存中预设条数的数据，在二级缓存的容量达到第二容量预设值时，随机删除二级缓存中预设条数的数据；或，在一级缓存的容量达到第一容量预设值时，基于缓存时间戳删除一级缓存中预设条数的数据，在二级缓存的容量达到第二容量预设值时，基于缓存时间戳删除二级缓存中预设条数的数据。
可以理解的是，本实施例中的分级缓存系统，通过获取模块31获取数据，通过一级缓存查询模块32在预先分配的一级缓存中进行数据查询；通过二级缓存写入模块33在一级缓存中查询命中时，将缓存结果写入预先分配的二级缓存；通过二级缓存查询模块34在一级缓存中查询未命中时，在二级缓存中进行数据查询；通过一级缓存写入模块35在二级缓存中查询未命中时，进行非缓存查询，并将查询结果写入一级缓存；通过一级缓存写回模块36在二级缓存中查询命中时，将缓存结果写回一级缓存。本实施例中的技术方案实现分级缓存，在二级缓存中缓存的数据，均为出现2次以上的数据，且出现频率越高的数据，会在一级缓存和二级缓存中反复写入和写回，即出现频率越高的数据会在缓存空间中获得更长的期望寿命，高出现频率数据对应高期望寿命，从而以较大限度地提升缓存查询命中率，减少查询时间。且高出现频率数据等同于有用数据，高出现频率数据的高期望寿命会使得缓存空间可以得到充分利用。
可以理解的是，上述各实施例中相同或相似部分可以相互参考，在一些实施例中未详细说明的内容可以参见其他实施例中相同或相似的内容。
需要说明的是，在本申请的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。此外，在本申请的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是指至少两个。
流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或更多个用于实现特定逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本申请的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本申请的实施例所属技术领域的技术人员所理解。
应当理解，本申请的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中，多个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行系统执行的软件或固件来实现。例如，如果用硬件来实现，和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列(PGA)，现场可编程门阵列(FPGA)等。
本技术领域的普通技术人员可以理解实现上述实施例方法携带的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，该程序在执行时，包括方法实施例的步骤之一或其组合。
此外，在本申请各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理模块中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个模块中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。所述集成的模块如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，也可以存储在一个计算机可读取存储介质中。
上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本申请的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
尽管上面已经示出和描述了本申请的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本申请的限制，本领域的普通技术人员在本申请的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。
Claims (10)
1.一种分级缓存方法，其特征在于，包括：
获取数据；
在预先分配的一级缓存中进行数据查询；
若在所述一级缓存中查询命中，则将缓存结果写入预先分配的二级缓存；
若在所述一级缓存中查询未命中，则在所述二级缓存中进行数据查询；
若在所述二级缓存中查询未命中，则进行非缓存查询，并将查询结果写入一级缓存；
若在所述二级缓存中查询命中，则将缓存结果写回所述一级缓存。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
在数据处理完成后，执行缓存空间检查流程；
根据检查结果对缓存空间执行对应处理方案。
3.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述缓存空间检查流程包括：
检查所述一级缓存的容量是否达到第一容量预设值；
检查所述二级缓存的容量是否达到第二容量预设值。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述根据检查结果对缓存空间执行对应处理方案，包括：
在所述一级缓存的容量达到第一容量预设值时，随机删除所述一级缓存中预设条数的数据；
在所述二级缓存的容量达到第二容量预设值时，随机删除所述二级缓存中预设条数的数据。
5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述根据检查结果对缓存空间执行对应处理方案，包括：
在所述一级缓存的容量达到第一容量预设值时，基于缓存时间戳删除所述一级缓存中预设条数的数据；
在所述二级缓存的容量达到第二容量预设值时，基于缓存时间戳删除所述二级缓存中预设条数的数据。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述一级缓存的容量大于所述二级缓存的容量。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述将缓存结果写入预先分配的二级缓存后，所述方法还包括：
返回缓存结果。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述将缓存结果写回所述一级缓存后，所述方法还包括：
返回缓存结果。
9.一种分级缓存装置，其特征在于，包括：
处理器和存储器；
所述处理器与存储器通过通信总线相连接：
其中，所述处理器，用于调用并执行所述存储器中存储的程序；
所述存储器，用于存储程序，所述程序至少用于执行权利要求1-8任一项所述的一种分级缓存方法。
10.一种分级缓存系统，其特征在于，包括：
获取模块，用于获取数据；
一级缓存查询模块，用于在预先分配的一级缓存中进行数据查询；
二级缓存写入模块，用于若在所述一级缓存中查询命中，则将缓存结果写入预先分配的二级缓存；
二级缓存查询模块，用于若在所述一级缓存中查询未命中，则在所述二级缓存中进行数据查询；
一级缓存写入模块，用于若在所述二级缓存中查询未命中，则进行非缓存查询，并将查询结果写入一级缓存；
一级缓存写回模块，用于若在所述二级缓存中查询命中，则将缓存结果写回所述一级缓存。
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| HAO CHE ETC.: "Hierarchical Web Caching Systems: Modeling, Design and Experimental Results", IEEE JOURNAL ON SELECTED AREAS IN COMMUNICATIONS, vol. 20, no. 7, 30 September 2002 (2002-09-30), XP011065524 * |
| 刘云朋;马艳芳;: "基于Hibernate的数据缓存技术研究", 焦作大学学报, no. 02, 15 June 2009 (2009-06-15) * |
| 王瑾 等: "双缓存超声TOFD数据采集系统设计", 测控技术, 18 July 2014 (2014-07-18) * |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN117453435A (zh) * | 2023-12-20 | 2024-01-26 | 北京开源芯片研究院 | 缓存数据读取方法、装置、设备及存储介质 |
| CN117453435B (zh) * | 2023-12-20 | 2024-03-15 | 北京开源芯片研究院 | 缓存数据读取方法、装置、设备及存储介质 |
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