buffer跟cache的区别是什么？

解答组内技术分享时抛出的一个疑问：buffer跟cache的区别是什么？

背景

目前的团队开完周会后会有一个简单的技术分享环节，本周的话题中主要是同事聊了下Java中的IO流，其中就涉及到了BufferedInputStream、BufferedOutputStream、BufferedReader、BufferedWriter这几个基于buffer数组的实现类。

其中的成员大概长这样：

1
2
3
4

// inputstream与outputstream负责字节类io的处理
protected byte buf[];
// write与reader负责字符类io的处理，此处应该是charBuffer的缩写
private char cb[];

那个时候我脑子里突然蹦出了之前与网友们探讨过的一个问题：buffer跟cache的区别是什么？

这几个实现类里面的成员名字叫buffer，那么为什么叫buffer呢？跟我们应用里面使用比较多的cache即缓存有什么区别跟联系呢？

组内解答

大家各抒己见，领导也说了点他的理解：

• 存储结构不同
• 设计意图不同
  • cache是提前把需要频繁使用的数据都读出来
  • 而buffer则是把数据分段分批读写到一个结构中，供之后的计算使用

自己的理解

buffer

buffer中文为缓存区，缓冲存储区，缓冲存储器。

an area in a computer’s memory where data can be stored for a short time

一般是将一些需要使用（读+写）的数据放到内存的一块区域，作为读写动作的中间层，不直接与底层存储交互，以批量、分页的形式将数据归到一个逻辑单位内，减少数据与磁盘、网络等设备的频繁IO次数。是一种延迟写思路的实现，这里的写泛指读写动作。

结合生活中的例子，比如工位离垃圾桶很远，那么我们可以放一个小一点的垃圾桶，等小的垃圾桶满了之后统一扔到的大的垃圾桶内，这样就减少了我们直接去大垃圾桶的次数，提高了扔垃圾的效率。这里的小垃圾桶就是一个buffer的实现。

cache

cache中文为缓存，高速缓冲存储器。

a part of a computer’s memory that stores copies of data that is often needed while a program is running. This data can be accessed very quickly.

一般将频繁读的数据放到读取效率更高的存储中，比如内存相比磁盘读取效率更高，比如CPU对应的L1、L2多级缓存之间也有读取速度差异，以此提高读性能，是一种提前读思想的实现，以此提高系统性能。

结合生活中的例子，比如开发与产品同学的工位离得比较远，而做同一个项目时交流过于密切次数过于多，那么我们可以把工位拉近，背靠背工作，这样就减少了大家面对面沟通的成本，提高了沟通协作效率。这里的工位背靠背就是一个cache的实现。

类比

除了buffer与cache，我们以同样的思路可以对比下Linux中的page与swap设计。

page

比如page主要提供了数据读写逻辑单位的机制，比如Linux默认一个页是4KB，当然这个是可配置的，核心解决的问题是：内存有限的情况下，无需加载所有数据到内存中，而是按页逐页加载。

用多少加载多少，并且按页读取也是一种局部性（挨着近使用上应该也是相近的）的设计。

swap

又比如swap区主要是提供了一种磁盘物理中间区域，解决的核心问题是：内存有限的情况下，OS依然可以运行多进程，只不过有些后台进程的数据被切到了swap中，程序读写内存通过swap作为中间层转换。

比如生活中几个人合租房子，合租可以租一个卧室，也可以租两个卧室，按照你的量来进行选择，这就是一个屋子一个page，而整租对于少的人来说就是浪费。而AB两个人同住一个卧室，其中A白天睡，B晚上睡，就是一种swap的设计，谁需要睡觉就把谁的被子拿进来住。

小结

以上我们针对buffer、cache、page、swap几个IO相关的概念做了介绍以及类比。

其中buffer、cache都是缓冲，前者主要是延迟写的思路，而后者主要是提前读的思路。

page、swap，前者解决数据按需读取的问题，后者解决内存有限时运行多进程的问题。