在軟體工程領域，提升系統性能的一個重要方法就是利用「臨時儲存」來減少共用內容的重複呼叫。由於「臨時儲存」的形式多種多樣，這篇文章將介紹幾種主要的儲存方式。
Cache
Cache 簡介
Cache（快取、緩存）是一種提升系統效能的重要技術。其核心概念是將常用的資料或運算結果儲存在臨時儲存區（即快取區），以便未來需要時能更快速地取得，從而減少訪問原始數據源所需的時間和資源消耗。
一般來說，程式執行時會先檢查資料是否存在於快取中。如果資料存在，則直接從快取讀取；若不存在，則從較慢的儲存設備（如主記憶體或硬碟）讀取資料，並將其儲存至快取中，讓下次存取變得更快速。Cache 的種類
- CPU 快取：最典型的硬體快取，通常分為幾層（L1、L2、L3）。L1 快取離處理器最近，存取速度最快，容量最小；L2 快取稍微遠一點，速度較慢但容量較大；L3 快取則是共享快取，容量最大但速度較慢。
- 網頁快取：瀏覽器會將常用的網頁資源（如圖片、CSS、JavaScript 等）緩存在本地，這樣當用戶再次訪問同一頁面時，可以快速加載，而無需重新下載所有的資源。
- 資料庫快取：資料庫中常會使用快取來減少查詢延遲。舉例來說，將常見的查詢結果儲存在記憶體中，當再次執行相同查詢時，就可以直接從記憶體中讀取結果，而不必每次都重新查詢。
- API 快取：API 快取用於儲存來自外部服務的結果，避免每次都進行重複的網絡請求。這不僅能加快響應速度，還能減少外部服務的負擔。
Cache 的替換策略
當快取區域已滿時，需要選擇替換哪些資料。常見的替換策略包括：
- LRU（Least Recently Used）：最久未使用的資料會被替換。
- LFU（Least Frequently Used）：使用頻率最少的資料會被替換。
- FIFO（First In, First Out）：最早進入快取的資料會被替換。
Redis
Redis 簡介
Redis（Remote Dictionary Server）是一個開源的、基於記憶體的資料庫，主要用於儲存和管理快取資料。Redis 支援多種數據結構，並且具備極高的讀寫速度，非常適合用於需要快速存取資料的應用場景。
Redis 特點
- 高效的記憶體數據儲存：Redis 將資料儲存在記憶體中，這使得其讀寫速度非常快。它可以輕鬆支持每秒數十萬甚至數百萬次的讀寫操作，是高效能、低延遲應用的理想選擇。
- 多樣化的數據結構：Redis 支援豐富的數據結構，這是它的一個顯著特點。與傳統的鍵值存儲系統不同，Redis 讓開發者能夠使用更靈活的資料模型來管理數據。例如，它支援字串、列表、集合、有序集合、哈希、位圖、超級日誌等。
- 持久化功能：儘管 Redis 是基於記憶體的資料庫，但它提供了多種持久化機制來保證數據的可靠性，這些機制包括：
- RDB（快照儲存）：將數據在指定的時間間隔內進行快照，並儲存為磁碟上的檔案。
- AOF（追加文件）：將每一個寫操作記錄到磁碟，確保數據的持久性。AOF 的恢復策略能夠保證數據不會丟失。
- 原子操作與事務支持：Redis 支援原子操作，確保操作過程中不會被中斷。它還提供批量執行多條命令的功能，確保操作的一致性。
- 高可用性與分佈式功能：Redis 透過主從複製（Replication）、哨兵模式（Sentinel）和集群模式（Cluster）來實現高可用性和分佈式部署，這些特性讓 Redis 在處理大規模數據或高流量場景中具備強大的可擴展性和可靠性。
- 主從複製：可以將資料從主節點複製到多個從節點，從而實現讀寫分離，提高性能。
- Redis 哨兵模式：提供監控、故障切換等功能，確保 Redis 服務的高可用性。
- Redis 集群模式：支持數據分片和水平擴展，允許在多個節點之間分配資料並進行負載均衡。
- 發布/訂閱（Pub/Sub）：Redis 內建支持發布/訂閱模式，用戶可以發布消息，並讓其他用戶訂閱相應的消息頻道。這使得 Redis 不僅可以作為快取系統，還能實現消息隊列和實時通信功能。
- 簡單的 API 和廣泛的語言支持：Redis 提供簡單易用的命令行接口（CLI），並且支持多種程式語言的客戶端，包括 Python、Java、Node.js、Go、Ruby、C# 等。開發者可以輕鬆將 Redis 集成到各種應用中。
Session
Session 簡介
Session（會話）是一種用來儲存用戶在訪問 Web 應用程式期間的狀態的機制。由於 HTTP 協議本身是無狀態的，即每一次請求都是獨立的，無法記錄過去的請求資料，因此需要使用 Session 技術來保持用戶的狀態。例如，Session 可以用來保存用戶的登錄狀態、購物車內容或使用者偏好等。與快取不同，Session 通常會與特定的用戶綁定，並在整個會話期間保持有效。
Session 的特點
- 保持狀態：在 Web 應用中，Session 主要用來記錄和保持用戶的狀態資料（如登錄狀態、選擇的語言、個人資料等）。這樣，當用戶在不同頁面之間切換或發送多次請求時，伺服器可以識別是同一用戶，並保留先前的狀態。
- 儲存位置：Session 資料通常儲存在伺服器端，而非客戶端。這樣可以確保資料的安全性，並避免資料被用戶篡改。Session 通常會與一個獨特的識別碼（Session ID）相關聯。
- Session ID：為了讓伺服器能識別不同用戶的會話，每個用戶的 Session 都會分配一個唯一的識別符——Session ID。該 ID 通常會儲存在用戶的瀏覽器 Cookie 中，並在每次用戶發送請求時，瀏覽器會自動將 Session ID 附帶在請求中。伺服器根據該 ID 查找對應的 Session 資料。
Session 的工作流程
- 用戶請求開始：用戶首次訪問應用程式時，伺服器會創建一個新的 Session，並為其分配一個唯一的 Session ID。
- Session ID 儲存：伺服器將生成的 Session ID 通過 Cookie 發送至用戶的瀏覽器。此後每次用戶發送請求時，瀏覽器會自動附帶這個 Session ID，從而讓伺服器識別用戶的會話。
- 伺服器端儲存資料：伺服器會將用戶的狀態資料（如登錄信息、購物車內容等）儲存在伺服器端的 Session 區域。這些資料會根據 Session ID 進行持久化存儲，直到會話結束。
- 會話過期或終止：Session 會有一個設定的過期時間（如 30 分鐘或 1 小時），當 Session 過期或用戶登出時，伺服器會自動刪除對應的 Session 資料。
