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二级缓存是什么意思为什么要分一二三级缓存

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缓存

我们知道，CPU性能是主要由CPU构架、核心线程数量、主频、缓存等诸多因素共同决定，而“缓存”是很多网友容易忽视的一个地方。
你知道CPU缓存是什么意思吗？什么是二极缓存？一二三级缓存又分别是什么，本文主要是关于二极缓存的介绍，以及一二三级缓存的区分。

二极缓存

CPU缓存（Cache Memory）位于CPU与内存之间的临时存储器，它的容量比内存小但交换速度快。在缓存中的数据是内存中的一小部分，但这一小部分是短时间内CPU即将访问的，当CPU调用大量数据时，就可避开内存直接从缓存中调用，从而加快读取速度。最初缓存只有一级，二级缓存（L2 CACHE）出现是为了协调一级缓存与内存之间的速度。二级缓存比一级缓存速度更慢，容量更大，主要就是做一级缓存和内存之间数据临时交换的地方用。实际上，现在Intel和AMD处理器在一级缓存的逻辑结构设计上有所不同，所以二级缓存对CPU性能的影响也不尽相同。

缓存的工作原理是当CPU要读取一个数据时，首先从缓存中查找，如果找到就立即读取并送给CPU处理；如果没有找到，就用相对慢的速度从内存中读取并送给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。最早先的CPU缓存是个整体的，而且容量很低，英特尔公司从Pentium时代开始把缓存进行了分类。当时集成在CPU内核中的缓存已不足以满足CPU的需求，而制造工艺上的限制又不能大幅度提高缓存的容量。因此出现了集成在与CPU同一块电路板上或主板上的缓存，此时就把 CPU内核集成的缓存称为一级缓存，而外部的称为二级缓存。一级缓存中还分数据缓存（Data Cache，D-Cache）和指令缓存（Instruction Cache，I-Cache）。二者分别用来存放数据和执行这些数据的指令，而且两者可以同时被CPU访问，减少了争用Cache所造成的冲突，提高了处理器效能。

二级缓存是什么意思

二级缓存就是一级缓存的缓冲器：一级缓存制造成本很高因此它的容量有限，二级缓存的作用就是存储那些CPU处理时需要用到、一级缓存又无法存储的数据。同样道理，三级缓存和内存可以看作是二级缓存的缓冲器，它们的容量递增，但单位制造成本却递减。需要注意的是，无论是二级缓存、三级缓存还是内存都不能存储处理器操作的原始指令，这些指令只能存储在CPU的一级指令缓存中，而余下的二级缓存、三级缓存和内存仅用于存储CPU所需数据。

为什么要分一二三级缓存

存储器层次结构

一般来说，每级缓存的命中率大概都在80%左右，也就是说全部数据量的80%都可以在一级缓存中找到，只剩下20%的总数据量才需要从二级缓存、三级缓存或内存中读取，由此可见一级缓存是整个CPU缓存架构中最为重要的部分。

但是，现在CPU的一级缓存几乎都一样，容量都比较小，多为64K，因此如今的CPU基本很少提一级缓存，主要是大家都一样，虽然最重要，但却不值得一提。

二级缓存，对CPU是很重要的，不过很多朋友会发现，如今很多Intel的CPU也都不怎么提二级缓存，只标注三级缓存。而AMD的不少新CPU也多为标注三级缓存为主，二级缓存只有部分型号会标注，比如AMD锐龙5 2600X提供3M三级缓存和16M三级缓存，R7 2700X则也只有16M三级缓存。而Intel酷睿i3 8100则只有6M三级缓存，高端的i7 8700K则只标注12MB。

因此，在目前的新款CPU中，二级缓存的重要性在减弱，三级缓存则成为重点。

现代CPU的高速缓存体系结构是非常复杂的，其中包括硬件预取和数据转发，以便能提供最佳的高速缓存命中机会，有些CPU甚至还加入了L4缓存。

一二三级缓存的区分

一级缓存和二级缓存的区别：

主要的不同是它们的作用范围不同。

一级缓存是session级别的。

也就是只有在同一个session里缓存才起作用，当这个session关闭后这个缓存就不存在了。

而二级缓存是sessionFactory级别的。

其缓存对同一个sessionFactory生产出来的session都有效，二级缓存我们通常使用其他的一些开源组件，比如hibernate经常使用的就是ECache，这个缓存在整个应用服务器中都会有效的。

首先要明白缓存是干什么的，缓存就是要将一些经常使用的数据缓存到内存或者各种储存介质中，当再次使用时可以不用去数据库中查询，减少与数据库的交互，提高性能。

再说明一级与二级缓存的作用：一级缓存是Session级别的，也就是说在一个事务中才会启作用。比如在一个事务中同时查询同一个对象，则不会两次去数据库中查询。

而二级缓存是sessionFactory级别的，不同的事务之间是可以共享的，有些权限，当用户首次登陆后便将关联的权限放到二级缓存中，这样每次需要权限时就无需再查询数据库了。

最后再说明为什么这样设计：一般情况下，我们查询的数据一般是实时的，使用二级缓存肯定不行，使用一级缓存既利用了缓存又不会影响实时。

使用二级缓存是为了存储一些比较稳定的数据，如权限，只有在用户修改了权限且重新登录时才能生效

cpu中的一级缓存和二级缓存和三级缓存

一级缓存是什么：

一级缓存都内置在CPU内部并与CPU同速运行，可以有效的提高CPU的运行效率。一级缓存越大，CPU的运行效率越高，但受到CPU内部结构的限制，一级缓存的容量都很小。

CPU缓存（Cache Memory）是位于CPU与内存之间的临时存储器，它的容量比内存小的多但是交换速度却比内存要快得多。缓存的出现主要是为了解决CPU运算速度与内存读写速度不匹配的矛盾，因为CPU运算速度要比内存读写速度快很多，这样会使CPU花费很长时间等待数据到来或把数据写入内存。在缓存中的数据是内存中的一小部分，但这一小部分是短时间内CPU即将访问的，当CPU调用大量数据时，就可避开内存直接从缓存中调用，从而加快读取速度。由此可见，在CPU中加入缓存是一种高效的解决方案，这样整个内存储器（缓存+内存）就变成了既有缓存的高速度，又有内存的大容量的存储系统了。缓存对CPU的性能影响很大，主要是因为CPU的数据交换顺序和CPU与缓存间的带宽引起的。

分类

一级缓存可以分为一级数据缓存（Data Cache，D-Cache）和一级指令缓存（Instruction Cache，I-Cache）。二者分别用来存放数据以及对执行这些数据的指令进行即时解码，而且两者可以同时被CPU访问，减少了争用Cache所造成的冲突，提高了处理器效能。目前大多数CPU的一级数据缓存和一级指令缓存具有相同的容量，例如AMD的Athlon XP就具有64KB的一级数据缓存和64KB的一级指令缓存，其一级缓存就以64KB+64KB来表示，其余的CPU的一级缓存表示方法以此类推。

二级缓存是什么：

工作原理

缓存的工作原理是当CPU要读取一个数据时，首先从缓存中查找，如果找到就立即读取并送给CPU处理;如果没有找到，就用相对慢的速度从内存中读取并送给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。

三级缓存是什么：

三级缓存是为读取二级缓存后未命中的数据设计的—种缓存，在拥有三级缓存的CPU中，只有约5%的数据需要从内存中调用，这进一步提高了CPU的效率。其运作原理在于使用较快速的储存装置保留一份从慢速储存装置中所读取数据且进行拷贝，当有需要再从较慢的储存体中读写数据时，缓存（cache）能够使得读写的动作先在快速的装置上完成，如此会使系统的响应较为快速。

注意：只有一级缓存是在CPU中的，一级缓存的读取需要2-4个时钟周期；二级缓存的读取需要10个左右的时钟周期；而三级缓存需要30-40个时钟周期，但是容量一次增大。