请解释如何使用缓存 (Caching) 机制优化 Node.js 应用的性能？

推荐答案

在 Node.js 应用中，使用缓存机制可以显著优化性能，减少重复计算和数据库查询的开销。以下是几种常见的缓存优化方法：

1. 内存缓存：使用内存缓存（如 node-cache 或 lru-cache）来存储频繁访问的数据，减少对数据库或外部 API 的请求。
2. HTTP 缓存：通过设置 HTTP 头（如 Cache-Control 和 ETag）来利用浏览器或 CDN 的缓存机制，减少服务器负载。
3. 数据库查询缓存：对频繁查询的结果进行缓存，避免重复执行相同的查询。
4. 分布式缓存：使用 Redis 或 Memcached 等分布式缓存系统，支持多实例共享缓存数据，适合高并发场景。

本题详细解读

1. 内存缓存

内存缓存是将数据存储在应用的内存中，适用于小规模数据或单实例应用。常用的库包括 node-cache 和 lru-cache。例如：

const NodeCache = require("node-cache");
const cache = new NodeCache({ stdTTL: 100, checkperiod: 120 });

// 设置缓存
cache.set("key", "value");

// 获取缓存
const value = cache.get("key");

优点：速度快，适合高频访问的小数据。
缺点：内存有限，不适合大规模数据或多实例场景。

2. HTTP 缓存

通过设置 HTTP 头，可以利用浏览器或 CDN 的缓存机制。例如：

app.get("/data", (req, res) => {
  res.setHeader("Cache-Control", "public, max-age=3600"); // 缓存 1 小时
  res.send(data);
});

优点：减少服务器负载，提升客户端性能。
缺点：需要合理设置缓存时间，避免数据过期问题。

3. 数据库查询缓存

对频繁查询的结果进行缓存，避免重复查询数据库。例如：

const cachedData = cache.get("queryKey");
if (cachedData) {
  return cachedData;
} else {
  const data = await db.query("SELECT * FROM table");
  cache.set("queryKey", data);
  return data;
}

优点：减少数据库压力，提升查询速度。
缺点：需要处理缓存失效问题，确保数据一致性。

4. 分布式缓存

使用 Redis 或 Memcached 等分布式缓存系统，支持多实例共享缓存数据。例如：

const redis = require("redis");
const client = redis.createClient();

client.set("key", "value", "EX", 3600); // 缓存 1 小时
client.get("key", (err, data) => {
  if (err) throw err;
  console.log(data);
});

优点：支持高并发，适合多实例应用。
缺点：需要额外维护缓存服务，增加系统复杂性。