1. 透写和回写缓存
高速缓存（Cache）是一种将数据副本临时存储在可快速访问的存储内存中的技术。缓存将最近使用的数据存储在小内存中，以提高访问数据的速度。它充当 RAM 和 CPU 之间的缓冲区，从而提高处理器可用数据的速度。
每当处理器想要写入一个字时，它都会检查它想要写入数据的地址是否存在于缓存中。如果地址存在于缓存中，即写入命中（Write Hit）。
我们可以更新缓存中的值并避免昂贵的主内存访问。但这会导致数据不一致（Inconsistent Data）问题。由于高速缓存和主存可能保存了不同的数据。如在多处理器系统中，这将导致两个或多个共享主存的设备出现问题。
这就是透写（Write Through）和回写（Write Back）出现的地方。
1.1. 透写（Write Through）
在透写（Write Through）场景中，数据同时更新到缓存和内存（simultaneously updated to cache and memory）。这个过程更简单、更可靠。这用于没有频繁写入缓存的情况（写入操作的次数较少）。
在断电或系统故障的情况下，它能帮助到数据恢复，因为数据以及写入到两个位置（内存和缓存）。但同时因为数据必须写入两个位置（内存和缓存），所以数据的写入将经历一点的延迟。虽然它解决了不一致的问题，但它的问题是于降低了在写操作中使用缓存的优势，因为使用缓存的主要目的是是要避免对主内存的多次访问。
1.2. 回写（Write Back）
回写（Write Back）也被称为延迟写入（Write Behind / Write Deferred）。也就是说，最初数据只在缓存中更新，稍后再更新到内存中。对内存的写入动作会被推迟，直到修改的内容在缓存中即将被另一个缓存块替换。
缓存替换会使用以下算法：
- Belady异常（Belady’s Anomaly）
- 最近最少使用（Least Recently Used Algorithm）
- 先进先出（FIFO）
- 后进先出（LIFO)
- 其他取决于应用程序的算法
变脏标志位（Dirty Bit）：缓存中的每个块都需要一个位来指示缓存中存在的数据是被修改（变脏的）还是未被修改（干净的）。如果它是干净的，则无需将其写入内存。它旨在减少对内存的写操作。
但是如果发生了以下情况时，修改后的数据存在丢失的风险。
- 缓存发生故障（Cache fails）
- 系统发生故障（System fails）
- 断电（Power outages）。
同时如果数据丢失了，数据几乎不可能从缓存中被恢复。
支持回写的缓存实现起来比较复杂，因为它需要跟踪哪些位置已被覆盖，并将它们标记为变脏，以便稍后写入后备内存中。只有当这些位置的数据从缓存中被逐出时，它们才会被写回后备内存中，这种效果称为延迟写入。出于这个原因，回写缓存中的读取未命中，如：一个块需要被另一个块替换。通常需要两次内存访问来服务：一次将替换的数据从缓存写回存储，然后一次检索所需的数据。
其他策略也可能触发数据回写。如客户端可能对缓存中的数据进行了多次更改，然后显式通知缓存写回数据。
1.3. 写未命中（Write Miss）
由于在写操作时没有数据返回给请求者，所以需要对写未命中做出决定，是否将数据加载到缓存中。这是由以下两种方法定义的：写分配（Write Allocation）和无写分配（No Write Allocate）。
1.3.1. 写分配（Write Allocation）
写分配（Write Allocation）也被称为写时取（fetch on write）。即：未写入位置的数据首先被加载到缓存，然后是写入命中操作。在这种方法中，写入未命中类似于读取未命中。
1.3.2. 无写分配（No Write Allocation）
无写分配（No Write Allocation）也称为 Write-no-allocate 或 write around。即：未写入位置的数据不加载到缓存，而是直接写入后备内存。在这种方法中，仅在读取未命中时将数据加载到缓存中。这里数据直接写入或者更新到主存而不干扰缓存。当数据无需立即再次使用时，最好使用这种方法。
1.3.3. 应用策略
透写（Write Through）和回写（Write Back）策略都可以使用这两者写未命中（Write Miss）策略中的任何一个。
但通常它们以这种方式配对：
- 回写（Write Back）通常与写分配（Write Allocation）一起使用。因为这样不需要将数据从内存中带入缓存，然后再把数据更新缓存和主内存中。同时希望后续写入（甚至读取）到现在已缓存的同一位置。
- 透写（Write Through）通常与无写分配（No Write Allocate）一起使用。因为它们仍然需要直接写入后备内存，所以在这里后续写入没有优势。
1.4. 缓存数据写入的一致性
缓存以外的实体可能会更改后备内存中的数据。在这种情况下，缓存中的副本可能会过期或过时。或者，当客户端更新缓存中的数据时，其他缓存中的这些数据的副本将变得过时。保持数据一致的缓存管理器之间的通信协议称为一致性协议。