他山之石使用二级缓存提高缓存命中率和内存使用效率

起因

一直都没找到二级缓存在php中应用的比较好的资料和案例，由于范凯RobbinWeb 应用的缓存设计模式和Hibernate二级缓存的启示，记下这篇二级缓存在Eloquent ORM中的应用。

过程

比如博客的首页调用最新的20篇文章，相信不少同学在刚开始使用缓存的时候，会写下如下代码：

# 控制器
public function index()
{
    $articles = Article::latestArticles(20);

    return view('articles.index', ['articles' => $articles]);
}

# 模型
class Article extends Model
{
    public static function latestArticles($amount = 20)
    {
        return Cache::remember('articles:latest', 10, function () use ($amount) {
            return static::latest('id')->take($amount)->get();
        });
    }
}

当然，模型中还能预加载每篇文章的分类，作者和tag信息，看起来没有任何问题，而且非常符合人类直觉。但是，放大到全站缓存来看，还是有很大的改善空间。

首先，首页缓存的是一个包含20个article对象的集合，集合的每一个单独的article对象除了在首页出现，还会在分类、作者和tag等列表页出现，还有文章详情页，而缓存的集合数据没办法在这些页面间共用，重复缓存大量相同的article对象是对内存资源的很大浪费，要是article中的text字段content没有单独拆分出去，内存浪费得就更严重了。

其次，不像详情页数据改动很少，首页作为列表页来说，更新频率很高，设置的缓存时间比较短，一般是分钟级别，缓存命中率并不高。

为了有效解决这两个问题，二级缓存就派上用场了，先说下自己对二级缓存的理解。

一级缓存可以看成是数据库里存的数据的一个镜像，只不过把数据从数据库搬到内存，一个key对应一条记录。key一般为表的标识符，比如key为articles:1存的value就是id=1的article对象。一级缓存时间可以设得比较长，甚至forever也行，对象修改删除时，只要删除对应的key就行。

二级缓存可以看成业务逻辑的缓存，首页最新20条文章就属于业务逻辑，只缓存这20条文章的id，极大地节省了内存占用。等需要用到具体的数据再去一级缓存取，一级缓存没有才去查询数据库，由于都是主键查询，不会造成表的描述，查询效率非常高。即使二级缓存很快过期，一级缓存也不会失效。

个人觉得理解二级缓存最难的是要接受n+1查询这点，这个问题争议很大，明明各种ORM为了避免n+1使用了预加载，我们反而要抛弃它。包括我当初阅读范凯的《Web 应用的缓存设计模式》也心存疑惑，直到去了解了Hibernate二级缓存机制和自己在项目中的实践发现，还真是他说的那样。

拆分n+1条查询的方式，看起来似乎非常违反大家的直觉，但实际上这是真理，我实践经验证明：数据库服务器的瓶颈往往是磁盘IO，而不是SQL并发数量。因此拆分n+1条查询本质上是以增加n条SQL语句为代价，简化复杂SQL，换取数据库服务器磁盘IO的降低当然这样做以后，对于ORM来说，有额外的好处，就是可以高效的使用缓存了。

使用二级缓存来重构latestArticles方法


public static function latestArticles($amount = 20)
{
    // 二级缓存
    $ids = Cache::remember('articles:latest:ids', 10, function () use ($amount) {
        return static::latest('id')->take($amount)->pluck('id');
    });

    return $ids->map(function ($id) {
        // 一级缓存
        return static::findById($id); 
    });

}

public static function findById($id)
{
    return Cache::rememberForever("articles:{$id}", function () use ($id) {
        return static::find($id);
    });
}

除了返回Collection，还可以返回Generator。

public static function latestArticles($amount = 20)
{
    // 二级缓存
    $ids = Cache::remember('articles:latest:ids', 10, function () use ($amount) {
        return static::latest('id')->take($amount)->pluck('id');
    });

    foreach ($ids as $id) {
        // 一级缓存
        yield static::findById($id); 
    }
}

更新与删除

一级缓存的更新和删除可能通过模型的updated和deleted事件来清除对应的缓存。二级缓存由于缓存时间比较短，影响不大。

关联关系

关联模型的缓存可能通过accessor来设置一个虚拟的属性来设置，比如在Article模型与Content模型是一对一的关系。
在Article中：


// 一对一关联
public function content()
{
    return $this->hasOne(Content::class);
}

// contents表字段： article_id, body
public function getContentAttribute()
{
    return Cache::rememberForever("contents:{$this->id}", function () {
        return $this->content->body;
    });
}