1. 何为Caché?

Caché是一款高性能对象数据库，其在国内外医疗行业及其他特定需求行业有着广泛的应用和前景，本文中将会对该数据库的主要特性进行一个整体浏览。

1.1. 独一无二的架构

Caché的强大来源于其独一无二的架构设计。在核心，Caché数据库引擎提供了整套服务——包括数据存储，并发管理，事务和进程管理——这些都是构建复杂数据库管理系统所必须的。可以将Caché引擎认为一个强大有力的数据库工具包。通过该工具包，Caché实现了一款完整的对象关系数据库管理系统。

该架构的好处是多方面的：

1）对象和关系数据库系统可以非常高效的与数据库引擎直接对话；没有对象关系中间件或SQL到对象的桥梁技术。

2）数据库与其物理实现的逻辑分离，使得应用可以彻底重新配置部署而无需改变应用逻辑。

3）因为数据库引擎接口是开放的，其特性可以在需要时直接使用。这可以从构建自己定制的数据库管理系统，到为性能关键的应用进行有目标的优化。

4）对未来的平台： Caché架构可以做到增强未来数据库引擎而不会影响现有应用。例如：Caché4.1版本引入了全新的物理数据结构，戏剧性的提高了扩展性和性能，其不仅无需改变现有应用，也无需对Caché对象关系系统做出改变。当新技术出现时，Caché可以作为内部、高性能组提供支持，而对现有应用没有影响。

1.2. 可进行关系访问的高性能对象数据库

Caché被设计来超越关系模型限制，同时，为数以千计的关系数据库应用提供演进升级路径，也为市场上的很多基于SQL的报表工具提供支持。

除了其为一款高性能对象数据库，Caché也是一款具备完全特性的关系数据库。其中的所有数据作为真正关系表可用，且可通过ODBC,JDBC或对象方法通过标准SQL进行查询和修改。因为底层强大的Caché数据库引擎，相信Caché是目前可用的最快速，最可靠和最具扩展性的关系数据库。

此外，Caché其特性超越了关系数据库的限制 ，而其还支持数据的标准关系视图。这些特性如下：

1）能够建立对象数据模型（每个具备自动创建且同步的内部关系描述），同时，消除了数据库和面向对象应用环境间的阻抗不匹配，也减少了关系面模型的复杂性。

2）一个简单、基于对象的并发模型。

3）用户定义的数据类型。

4）数据库引擎内能利用方法和继承，包括多态。

5）SQL处理对象个性和关系的对象扩展。

6）单个应用内能混用SQL和基于对象的访问，分别在最合适的场景使用它们。

7）为了确保应用的最大性能，可以控制用于存储数据的物理设计和聚集（Clustering）。

大部分支持对象和关系访问的数据库，只是基于一种提供另一种访问方式，但Caché的SQL和对象方面都是直接访问数据——以便用户可以享受到每种方法的优势。

1.3. 广泛的工具集

Caché提供了广泛的工具集，其中包括：

1）ObjectScript, Caché中使用最多的语言。

2）SQL,MultiValue和Basic的内部实现。

3）开发完善的、内建的安全模型。

4）支持数据库和web应用快速开发的一套技术和工具。

5）内置的，基于对象的XML和web服务支持。

6）设备支持（像文件，TCP/IP，打印机）。

7）通过Java, JDBC, ActiveX, .NET, C++, ODBC, XML, SOAP, Perl, Python等更多自动互通。

8）常用Internet协议支持：POP3, SMTP, MIME, FTP等。

9）最终用户的可重用的用户门户。

10）非结构化数据分析支持。

11）商业只能（BI）支持。

12）内建的测试工具。

1.4. Caché现状

Caché被广泛应用于世界范围内，从单用户嵌入系统到成千上万并发用户的企业范围的多服务器安装，以及州级和国家级的应用。

用Caché构建的小部分应用示例包括：

1）作为大型医疗保健网络的应用平台，运行数百个危重患者相关的应用程序。该网络包括一套作为数据和应用服务器的Caché系统，其拥有超过30000的客户端机器。

2）作为大型金融机构的基于java的企业消息传递系统的数据服务器。选择Caché是因为其性能及其传统关系库不可能实现的执行定制化任务的能力。

3）作为一个基于SQL的OLTP(在线事务处理)系统，用于一个拥有超过1400并发用户的大型政府组织。Caché是一个其他关系产品执行失败时的一个立即可用的替换（无需应用改变）。

4）作为一个用于领先科技大学在线教育系统的对象数据库和web应用框架。选择Caché 因为其快速开发（应用必须在三个月内构建完成），对象能力，及其无需应用重构的扩展能力。

5）作为一款对象数据库，用于跟踪世界锦标赛中职业运动员的实时位置和速度。选择Caché是因为其性能（与领先对象和关系数据库比较）及其内部C++接口。

6）作为一个数百万用户的主web站点的分布式SQL数据引擎。该站点使用一套成本高效的基于Linux的服务器，并使用Caché分布式数据管理提供可扩展的，无中间件或web缓冲的个性化站点。该系统的硬件成本（4台现成的Linux机器）不到“Internet应用的领先数据库”报价的10%。

2. Caché数据库引擎

Caché的核心是Caché数据库引擎。该数据库引擎在性能、并发性、可扩展性和可靠性方面进行了高度优化。有一个高度的平台特定优化，以在每个支持的平台上获得最大的性能。

Caché是一个功能齐全的数据库系统；它包括运行关键任务应用所需的所有特性(包括日志，备份和恢复，以及系统管理工具)。为了帮助降低运营成本，Caché被设计成需要比其他数据库产品少得多的数据库管理。大多数已部署的Caché系统没有数据库管理员。

数据库引擎的主要特性将在下面部分描述。

2.1. 事务性多维存储

Caché中的所有数据都存储于稀疏的多维数组中。与典型OLAP(在线分析处理)产品使用的多维数组不同，Caché在其多维结构中支持事务处理操作(插入、更新、锁定、事务)。另外，与大多数OLAP引擎不同，这些多维结构的大小不受可用内存的限制。相反，Caché包含一个先进、高效的数据缓存。

由于Caché数据本身是变长的，且存储于稀疏数组中，因此Caché通常需要不到关系数据库所需空间的一半。除了减少磁盘需求，紧凑的数据存储还增强了性能，因为通过一个I/O可以读或写更多数据，且可以更有效地缓存数据。

多维数组为应用程序如何存储其数据提供了很大的灵活性。例如，一组密切相关的对象，假如一个Invoice对象及其对应的LineItem对象，可以很容易地进行配置，以便LineItem对象与Invoice对象在物理上进行集群，以实现高效的访问。

与传统关系数据库使用的二维结构相比，事务性多维存储的灵活性使Caché具有显著的优势：正是这种灵活性使Caché能够成为高性能的SQL、对象和XML数据库，而无需折中。这也意味着Caché应用程序为未来的技术变化做好了更好的准备。

2.2. 映射

使用一个称为映射的独一无二的特性，可以指定如何将一个或多个数组(或数组的一部分)中的数据映射到一个物理数据库文件。这种映射是数据库管理任务，且无需更改类/表定义或应用逻辑。此外，映射可以在特定的稀疏数组内完成；可以将一个范围的数值映射到一个物理位置，同时将另一个范围的数值映射到另一个文件，磁盘驱动器，或者甚至映射到另一个数据库服务器。这使重新配置Caché应用程序（像为了扩展）成为可能。

​​​​​​​2.3. 进程管理

进程是运行在Caché服务器上的Caché虚拟机的一个实例。典型的Caché服务器可以同时运行数千个进程，具体取决于硬件和操作系统。每个进程都可以直接有效地访问多维存储系统。

Caché虚拟机执行的指令(称为P-code)针对数据库、I/O和事务处理和数据仓库应用通常需要的逻辑操作进行了高度优化。

​​​​​​​2.4. 锁管理

为支持并发数据库访问，Caché包含了一个功能强大的锁管理系统。

在拥有数千用户的系统中，减少竞争进程间的冲突对于提供高性能至关重要。最大的冲突发生在希望访问相同数据的事务之间。Caché提供了如下特性来缓解这些冲突：

1）原子操作：为了消除典型的性能热点，Caché支持许多原子操作，即其无需应用级锁。一个例子是其能原子地为对象/行标识分配惟一值（关系应用中的一个常见瓶颈）。

2）逻辑锁：Caché执行更新时并不锁定整个数据页。因为大多数事务需要对少量数据进行频繁访问或更改，Caché支持可按每个对象（行）取出的粒度逻辑锁。

3）分布式锁：分布式数据库配置中（见下一主题），系统自动支持分布式锁。

2.5. 分布式数据管理