Попадання в кеш-пам’ять є важливою концепцією у сфері веб-серверів і проксі-серверів, яка відіграє важливу роль в оптимізації продуктивності веб-сайту. Це стосується успішного отримання запитуваного ресурсу з кеш-пам’яті замість отримання його з вихідного сервера. Використання кешування може значно скоротити час відповіді та навантаження на сервер, що призведе до покращення взаємодії з користувачем та загальної ефективності.
Історія виникнення Cache hit і перші згадки про нього
Поняття кешування можна простежити до ранніх днів обчислювальної техніки, коли перші комп’ютерні системи були розроблені для зберігання даних, до яких часто звертаються, у спеціальній швидшій частині пам’яті, відомому як кеш. Термін «попадання в кеш» набув популярності в контексті веб-серверів із розвитком Інтернету та ускладнення веб-сайтів наприкінці 20 століття. Ранні веб-сервери та браузери почали використовувати кеші для зберігання часто запитуваних веб-ресурсів, таких як зображення, файли CSS і сценарії, щоб прискорити час завантаження сторінок.
Детальна інформація про звернення до кешу. Розгортання теми Cache hit.
Попадання в кеш є невід’ємною частиною механізму кешування, який використовують сучасні веб-сервери та проксі-сервери. Коли користувач або клієнтський пристрій запитує ресурс, наприклад веб-сторінку, з веб-сайту, розміщеного на сервері, сервер спочатку перевіряє свою кеш-пам’ять на наявність запитуваного ресурсу. Якщо ресурс знайдено в кеші, це призводить до звернення до кешу, і сервер може негайно надати ресурс клієнту без необхідності доступу до вихідного сервера.
З іншого боку, якщо запитуваний ресурс відсутній у кеш-пам’яті, це призводить до промаху кешу, і сервер повинен отримати ресурс із вихідного сервера. Після отримання ресурсу він зберігається в кеші для наступних запитів, оптимізуючи майбутній час відповіді та зменшуючи навантаження на вихідний сервер.
Внутрішня структура кеш-хіта. Як працює кеш-хіт.
Внутрішня структура звернення до кешу включає ряд кроків, які визначають, чи присутній запитуваний ресурс у кеші чи ні. Ці кроки зазвичай включають:
-
Хешування: Коли надходить запит на ресурс, сервер генерує унікальний ідентифікатор (хеш) на основі параметрів запиту. Цей хеш використовується для швидкого пошуку ресурсу в кеші.
-
Пошук кешу: Сервер перевіряє кеш-пам’ять за допомогою згенерованого хешу, щоб визначити, чи існує запитуваний ресурс у кеші.
-
Попадання або промах кешу: якщо запитуваний ресурс знайдено в кеші (звернення до кешу), сервер отримує ресурс із кеш-пам’яті та подає його клієнту. Якщо ресурс не знайдено (промах кешу), сервер переходить до отримання ресурсу з вихідного сервера.
-
Політика кешування: різні політики кешування визначають, як довго ресурс залишається в кеші, перш ніж він буде вважатися застарілим і потребуватиме оновлення з вихідного сервера. Загальні правила кешування включають заголовки Time-to-Live (TTL) і Cache-Control.
Аналіз ключових особливостей Cache hit.
Ключові особливості та переваги кешу:
-
Зменшена затримка: звернення до кешу значно скорочує затримку та час відповіді для запитуваних ресурсів, оскільки вони обслуговуються безпосередньо з кеш-пам’яті, усуваючи потребу отримувати їх із вихідного сервера.
-
Збереження пропускної здатності: Кешування зберігає пропускну здатність, оскільки кешовані ресурси можна доставляти клієнтам без додаткової передачі даних із вихідного сервера.
-
Менше навантаження на сервер: завдяки обслуговуванню кешованих ресурсів зменшується навантаження на вихідний сервер, що дозволяє йому ефективніше обробляти більше запитів.
-
Покращена взаємодія з користувачем: швидший час завантаження сприяє покращенню взаємодії з користувачем, що призводить до більшої задоволеності та залучення користувачів.
Напишіть, які типи кешування існують. Для запису використовуйте таблиці та списки.
Існує кілька типів звернення до кешу залежно від рівня кешування та обсягу кешованих ресурсів. Нижче наведено поширені типи:
На основі рівня кешування:
| Тип | опис |
|---|---|
| Кеш на стороні клієнта | У цьому типі кеш підтримується на стороні клієнта, зазвичай у веб-браузері користувача. Кешування на стороні клієнта корисне для кешування статичних ресурсів, таких як файли CSS, JavaScript і зображення. Коли користувач повторно відвідує веб-сайт, браузер перевіряє його кеш-пам’ять перед запитом цих ресурсів із сервера. Якщо є, відбувається звернення до кешу, і ресурси завантажуються з локального кешу. |
| Кеш на стороні сервера | Кешування на стороні сервера виконується на рівні веб-сервера. Коли надходить запит, сервер перевіряє свій кеш, щоб визначити, чи існує запитуваний ресурс. Якщо знайдено, відбувається звернення до кешу, і ресурс обслуговується з кеш-пам’яті сервера. Кешування на стороні сервера підходить для динамічного вмісту, який не змінюється часто, як-от відтворені веб-сторінки або результати запитів до бази даних. |
На основі обсягу кешованих ресурсів:
| Тип | опис |
|---|---|
| Кеш сторінки | Цей тип кешу зберігає цілі веб-сторінки та пов’язані з ними ресурси, включаючи HTML, CSS, зображення та файли JavaScript. Кешування сторінок є корисним для скорочення часу обробки сервером і доставки попередньо відрендереного вмісту користувачам, що призводить до швидшого часу завантаження сторінки. Кеш сторінок ефективно працює для вмісту, який з часом залишається відносно статичним. |
| Кеш об'єктів | Кешування об’єктів зосереджено на кешуванні конкретних об’єктів або фрагментів сторінки, а не цілих сторінок. Це корисно, коли певні частини веб-сторінки, такі як віджети або динамічні елементи, є дорогими для створення обчислювальних засобів і можуть повторно використовуватися для кількох запитів. Кешування об’єктів покращує продуктивність веб-сайту, обслуговуючи попередньо обчислені або відрендерені об’єкти безпосередньо з кешу. |
Щоб отримати максимальну віддачу від кеш-пам’яті та максимізувати її переваги, розгляньте наведені нижче практичні поради.
-
Стратегія кешування: виберіть відповідну стратегію кешування на основі типу веб-сайту та характеру вмісту. Реалізуйте кешування на стороні клієнта для статичних ресурсів і кешування на стороні сервера для динамічного вмісту.
-
Кешування заголовків: Використовуйте заголовки кешування, такі як Cache-Control, Expires і ETag, щоб керувати поведінкою кешування та періодами дії кешу. Ці заголовки допомагають визначати політику кешу та зменшують шанси надання застарілого вмісту.
-
Недійсність кешу: Застосуйте належні механізми анулювання кешу, щоб гарантувати, що оновлені ресурси замінять старі кешовані версії. Це вкрай важливо для підтримки точності даних і надання користувачам найновішого вмісту.
-
Очищення вмісту: розгляньте механізми очищення вмісту, щоб очистити кеш для певних ресурсів, коли це необхідно. Наприклад, під час оновлення важливої частини вмісту очищення кешу для цього ресурсу гарантує, що користувачі отримають останню версію.
-
Розмір кешу та правила виселення: Відстежуйте розмір кешу та запроваджуйте ефективні політики вилучення кешу для ефективного керування використанням пам’яті. LRU (найрідше використовуваний) і LFU (найменш часто використовуваний) є поширеними політиками вилучення кешу.
Проблеми та рішення:
-
Застарілий кеш: Однією з поширених проблем із кешуванням є надання користувачам застарілого вмісту, коли кешовані ресурси застаріють. Щоб вирішити цю проблему, реалізуйте відповідні механізми закінчення терміну дії кешу, використовуючи заголовки кешу для автоматичного оновлення кешу.
-
Проблеми недійсності кешу: Правильне керування анулюванням кешу може бути складним, особливо для динамічного вмісту, який часто змінюється. Застосуйте стратегії керування версіями або міток часу, щоб зробити кеш недійсним під час оновлення вмісту.
-
Послідовність кешу: у розподілених системах із кількома вузлами кешу підтримувати узгодженість кешу на всіх вузлах може бути складно. Розгляньте можливість використання рішень розподіленого кешу, які забезпечують узгодженість, наприклад протоколів недійсності кешу, таких як Memcached або Redis.
-
Перевантаження кешу: Якщо кеш-пам’ять обмежена або неефективно керується, це може призвести до перевантаження кешу, спричиняючи витіснення кешу або непотрібні промахи кешу. Відстежуйте використання кешу та за потреби оновлюйте апаратне забезпечення, щоб відповідати зростаючим вимогам до кешу.
Основні характеристики та інші порівняння з подібними термінами у вигляді таблиць і списків.
Нижче наведено порівняння звернення до кешу з пов’язаними термінами:
| термін | опис |
|---|---|
| Кеш міс | Промах кешу виникає, коли запитуваний ресурс не знайдено в кеш-пам’яті та його потрібно отримати з вихідного сервера. На відміну від потрапляння в кеш, це призводить до збільшення часу відповіді та збільшення навантаження на сервер. |
| Виселення кешу | Видалення кешу — це процес видалення певних елементів із кешу, щоб звільнити місце для нових або частих елементів. Політики вилучення, такі як LRU (найрідше використовувані) або LFU (найменш часто використовувані), визначають, які елементи буде видалено з кешу. Видалення кешу допомагає підтримувати розмір кешу та запобігає непотрібним переповненням кешу. |
| Проксі-сервер | Проксі-сервер діє як посередник між клієнтськими пристроями та вихідним сервером. Він може кешувати ресурси та відповіді, підвищуючи продуктивність веб-сайту, надаючи кешований вміст клієнтам безпосередньо з кешу проксі. Проксі-сервери зазвичай використовуються для підвищення безпеки, конфіденційності та продуктивності, що робить їх ідеальним доповненням до стратегій кешування. |
Майбутнє використання кешу багатообіцяюче, оскільки веб-технології продовжують розвиватися, а попит на веб-сайти, які швидше завантажуються, зростає. Деякі точки зору та технології, пов’язані з зверненням до кешу, включають:
-
Edge Caching: Прикордонне кешування, коли сервери кешу розміщуються ближче до кінцевих користувачів на межах мережі, стане більш поширеним. Цей підхід ще більше зменшує затримку та покращує показники звернень до кешу за рахунок мінімізації відстані між користувачами та кеш-серверами.
-
Мережі доставки вмісту (CDN): CDN продовжуватимуть відігравати вирішальну роль у стратегіях звернення до кешу. CDN розподіляють кешований вміст між кількома серверами, розташованими по всьому світу, забезпечуючи ефективну доставку вмісту та зменшуючи навантаження на вихідні сервери.
-
Кешування на основі машинного навчання: Досягнення в машинному навчанні будуть інтегровані в стратегії звернень до кешу, щоб передбачати та обслуговувати кешований вміст більш розумно. Алгоритми ML можуть аналізувати поведінку користувачів, тенденції та історичні шаблони доступу для оптимізації частоти звернень до кешу.
-
Динамічне кешування вмісту: Інновації в кешуванні динамічного вмісту забезпечать ефективніше кешування персоналізованого та динамічно створеного вмісту, такого як рекомендації для користувача та персоналізовані інформаційні панелі.
Як проксі-сервери можна використовувати або пов’язувати з зверненням до кешу.
Проксі-сервери за своєю суттю пов’язані зі стратегіями звернення до кешу. Як посередники між клієнтами та вихідними серверами, проксі-сервери можуть ефективно застосовувати методи звернення до кешу для підвищення продуктивності веб-сайту. Деякі способи використання проксі-серверами звернення до кешу включають:
-
Кешування статичного вмісту: Проксі-сервери можуть кешувати статичні ресурси, такі як зображення, таблиці стилів і сценарії, зменшуючи потребу клієнтів отримувати ці ресурси з початкового сервера. Такий підхід прискорює час завантаження сторінки та економить ресурси сервера.
-
Зворотне кешування проксі: Зворотні проксі-сервери, розміщені перед веб-серверами, кешують відповіді динамічного вмісту від вихідного сервера. Коли той самий вміст запитується знову, зворотний проксі може обслуговувати його безпосередньо зі свого кешу, що призводить до звернень до кешу та швидших відповідей.
-
Розповсюдження контенту: Проксі-сервери, розгорнуті в мережах доставки вмісту (CDN), кешують і розподіляють вміст у кількох місцях. Завдяки доставці кешованого вмісту з найближчого проксі-сервера до користувача частота звернень до кешу максимізується, що призводить до покращення продуктивності.
-
Балансування навантаження: Проксі-сервери можуть розподіляти клієнтські запити між кількома початковими серверами, балансуючи навантаження та зменшуючи ймовірність промахів кешу через перевантаження сервера.
Пов'язані посилання
Щоб отримати додаткові відомості про звернення до кешу та пов’язані теми, ви можете звернутися до таких ресурсів:
- Розуміння кешування HTTP
- Підручник із кешування для веб-авторів і веб-майстрів
- Знайомство з CDN і як вони працюють
- Роль зворотного проксі в архітектурі веб-додатків
Пам’ятайте, що звернення до кешу – це потужна техніка, яка може значно підвищити продуктивність веб-сайту та взаємодію з користувачем. Завдяки ефективному використанню стратегій звернення до кешу та оптимізації політики кешування веб-сайти можуть досягти швидшого часу завантаження, зменшити навантаження на сервер і підвищити загальну ефективність.
