Redis 8 来了——而且它是开源的
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在计算领域，缓存未命中（cache miss）是指组件（如处理器）请求的数据未在缓存中找到的状态。缓存是一种硬件或软件组件，用于存储数据以供将来请求使用。缓存旨在通过存储先前获取或将来可能获取的数据副本来加快数据检索速度。当组件请求数据时，系统首先检查缓存。如果请求的数据在缓存中找到，则称为缓存命中（cache hit）。然而，如果数据未在缓存中找到，则称为缓存未命中。
缓存未命中会显著影响系统性能。发生缓存未命中时，系统必须从主内存或另一个较低级别的缓存中获取请求的数据，与从缓存中检索数据相比，这是一个较慢的过程。这种延迟可能导致性能瓶颈，尤其是在高速操作至关重要的系统中。
缓存未命中的频率受多种因素影响，包括缓存大小、缓存组织和替换策略以及数据访问模式的性质。因此，理解和管理缓存未命中是优化系统性能的关键方面。
值得注意的是，并非所有缓存未命中的代价都相同。例如，由于首次访问数据块而发生的缓存未命中（强制未命中）是不可避免的。然而，由于数据被其他数据替换而发生的缓存未命中（容量未命中）或由于缓存放置策略冲突而发生的缓存未命中（冲突未命中）可以通过仔细的算法和系统设计来缓解。
强制未命中
强制未命中，也称为冷未命中，发生在数据首次被访问时。由于数据之前未被请求过，因此缓存中不存在该数据，导致未命中。这种类型的未命中是不可避免的，因为它固有的数据第一次引用时发生。消除强制未命中的唯一方法是对数据进行无限预取，这在实际系统中是不可行的。
容量未命中
当缓存无法容纳系统所需的所有数据时，就会发生容量未命中。当工作集（程序频繁访问的数据集合）大于缓存大小时，就会发生这种类型的未命中。当缓存满载并引用新数据项时，必须逐出现有数据以容纳新数据，从而导致未命中。可以通过增加缓存大小或优化程序以减小工作集大小来减少容量未命中。
冲突未命中
冲突未命中，也称为碰撞未命中，发生在多个按顺序访问的数据项映射到同一个缓存位置（称为缓存集）时。这种类型的未命中是缓存组织结构造成的。在组相联或直接映射缓存中，不同的数据项可能映射到同一个组，导致冲突。当新项目加载到已满的组中时，必须逐出另一个项目，如果再次访问被逐出的项目，则会导致未命中。可以通过改进缓存的映射函数或增加缓存的关联度来缓解冲突未命中。
一致性未命中
一致性未命中特定于多处理器系统。在这种系统中，多个处理器拥有自己的私有缓存并访问共享数据。当一个处理器更新其私有缓存中的数据项时，导致另一处理器缓存中的相应数据项过期，就会发生一致性未命中。当第二个处理器访问过期数据时，就会发生缓存未命中。通过实现缓存一致性协议来管理一致性未命中，这些协议可确保各种缓存之间的一致性。
当请求的数据在缓存中找到时，就会发生缓存命中。当组件（如处理器）请求数据时，系统首先检查缓存。如果数据存在，则检索并传递给组件，从而产生缓存命中。缓存的主要目标是提高缓存命中率，从而缩短数据访问时间并提高整体系统性能。
缓存命中和缓存未命中之间的根本区别在于请求发生时数据的位置。在缓存命中时，请求的数据在缓存中找到，从而可以快速检索数据。相比之下，缓存未命中意味着请求时数据不在缓存中，需要从主内存或另一个较低级别的缓存中进行较慢的检索。
缓存命中和未命中的比率显著影响系统性能。高缓存命中率意味着大多数数据请求由缓存满足，从而实现更快的数据访问和更高的性能。相反，高缓存未命中率意味着许多数据请求需要由较慢的内存层次结构来满足，从而导致性能下降。
冷缓存、温缓存和热缓存这些术语指的是缓存的状态，即它发生缓存命中的可能性。
1. 冷缓存：冷缓存是刚被初始化或清空的缓存。它不包含任何数据，因此任何数据请求都会导致缓存未命中，也称为强制未命中。
2. 温缓存：温缓存包含一些数据，但尚未达到可能实现高缓存命中率的状态。随着缓存的持续使用，它从冷缓存过渡到温缓存。
3. 热缓存：热缓存是指已使用一段时间并包含大量频繁访问数据的缓存。热缓存很可能实现高缓存命中率，从而有助于提高系统性能。
缓存未命中惩罚是指发生缓存未命中时处理数据请求所花费的额外时间。当请求的数据未在缓存中找到时，系统必须从主内存或另一个较低级别的缓存中检索它。此检索过程比从缓存访问数据慢，导致称为缓存未命中惩罚的延迟。该惩罚通常以时钟周期衡量，取决于内存层次结构的结构以及数据与处理器的距离。
缓存未命中惩罚会显著影响系统性能。由于缓存未命中而处理数据请求所花费的额外时间可能会减慢程序的执行速度，特别是当缓存未命中频繁发生时。这是因为处理器可能需要停顿并等待数据被取出，从而导致处理器能力利用不足。
缓存未命中惩罚对系统性能影响的严重程度取决于几个因素。这些因素包括缓存未命中率（导致未命中的缓存访问比例）、缓存未命中惩罚（处理缓存未命中所需的额外时间）以及正在执行的特定程序的内存访问行为。
为了减轻缓存未命中惩罚的影响，可以采用各种策略。这些策略包括优化缓存的大小和组织、实施预取技术以预测数据请求，以及优化程序代码以改善引用局部性。
缓存命中率是衡量缓存处理数据请求有效性的指标。它定义为导致缓存命中的缓存访问比例。高缓存命中率表明缓存有效存储和传递系统频繁访问的数据，从而减少了从较慢内存层次结构中获取数据的需求。
缓存命中率通过将缓存命中次数除以缓存访问总次数（缓存命中次数和缓存未命中次数之和）来计算。结果通常以百分比表示。例如，如果一个系统有 800 次缓存命中和 200 次缓存未命中，则缓存访问总次数为 1,000 次。因此，缓存命中率为 800/1,000 = 0.8，或 80%。
缓存命中率是系统性能的关键指标。高缓存命中率意味着很大一部分数据请求由缓存服务，这比其他内存层次结构更快。这会缩短数据访问时间并提高系统性能。
相反，低缓存命中率表明许多数据请求导致缓存未命中，需要从主内存或其他较低级别缓存中进行较慢的数据获取。这可能导致缓存未命中惩罚增加并降低系统性能。
因此，优化缓存命中率是系统性能优化的一个关键方面。这可以通过各种策略来实现，包括增加缓存大小、优化缓存的组织和替换策略以及提高程序代码中的引用局部性。
延长缓存中数据的寿命有助于减少缓存未命中。缓存条目的寿命是指数据在被替换之前保留在缓存中的持续时间。如果可能再次访问的数据在缓存中保留更长时间，则可以提高缓存命中的概率，从而减少缓存未命中的可能性。这可以通过实施适当的缓存替换策略来实现，这些策略优先保留频繁访问或最近访问的数据。
缓存策略，包括替换策略和预取策略，在管理缓存未命中方面起着至关重要的作用。替换策略决定了当缓存已满且需要容纳新数据时逐出哪些数据。常见的替换策略包括最近最少使用 (LRU)、最近最常使用 (MRU) 和最不常用 (LFU)。通过根据数据的访问模式优化这些策略，可以减少缓存未命中。
预取策略涉及在实际请求数据之前，根据对未来数据请求的预测，将数据取入缓存。有效的预取可以减少强制未命中，确保在请求数据时数据已在缓存中。
扩展随机存取内存 (RAM) 也有助于减少缓存未命中。更大的 RAM 允许更大的缓存，可以存储更多数据并减少容量未命中的可能性。但是，值得注意的是，仅仅增加 RAM 大小可能并非总能减少缓存未命中。缓存的组织和管理，包括缓存映射技术和替换策略，在决定缓存处理数据请求的有效性方面也起着重要作用。
直接映射缓存
直接映射缓存是一种缓存组织技术，其中主内存的每个块都映射到恰好一个缓存行。内存块映射到的缓存行由该块的地址确定。虽然这种映射技术简单快速，但如果多个频繁访问的内存块映射到同一个缓存行，可能会导致较高的冲突未命中率。
全相联缓存
在全相联缓存中，主内存的任何块都可以映射到缓存的任何行。这种灵活性减少了冲突未命中的可能性，因为它允许缓存存储最频繁访问的数据，无论其内存地址如何。然而，全相联缓存比直接映射缓存更复杂且速度更慢，因为它们需要搜索整个缓存来确定是否存在某个块。
组相联缓存
组相联缓存是直接映射缓存和全相联缓存之间的折衷。在这种映射技术中，缓存被分成多个组，每个组包含多行。内存块可以映射到特定组内的任何行，由该块的地址确定。这在直接映射缓存的简单性和速度与全相联缓存的灵活性之间实现了平衡。组中的行数（称为组的关联度）可以调整以优化缓存性能。
网站开发中的缓存未命中
在网站开发中，理解和管理缓存未命中对于优化网站性能至关重要。当用户访问网站时，网站的某些元素，例如图像、CSS 和 JavaScript 文件，会存储在用户的浏览器缓存中。在后续访问时，这些元素可以从缓存加载，从而缩短加载时间。但是，如果请求的元素未在缓存中找到，就会发生缓存未命中，并且必须从服务器获取这些元素，这会减慢网站加载速度。因此，有效的缓存管理策略，例如设置适当的缓存生命周期和实施缓存验证技术，在网站开发中至关重要。
WordPress 网站中的缓存未命中
对于 WordPress 网站，缓存未命中会显著影响用户体验。WordPress 使用缓存来存储数据库查询结果和渲染页面。当用户访问 WordPress 站点时，如果请求的页面在缓存中，则可以快速提供，从而实现缓存命中。但是，如果页面不在缓存中，就会发生缓存未命中，并且必须从数据库生成页面，这是一个较慢的过程。WordPress 有各种可用的缓存插件，可帮助管理缓存并减少缓存未命中，从而提高网站性能。
计算机处理器中的缓存未命中
在计算机处理器中，缓存未命中会减慢程序执行速度。处理器使用缓存来存储主内存中频繁访问的数据。当处理器需要数据时，它首先检查缓存。如果找到数据，就会发生缓存命中，并且可以快速访问数据。但是，如果未找到数据，就会发生缓存未命中，并且必须从主内存获取数据，这会较慢。因此，理解和管理缓存未命中是计算机架构和系统性能优化的关键方面。诸如增加缓存大小、优化缓存组织和实施预取等技术有助于减少计算机处理器中的缓存未命中。
