что такое кэширование видео

Как, почему и когда надо чистить кэш на Android

Кэш приложений может быть спорной темой на Android. Многие люди постоянно чистят кэш приложений, веря в то, что это позволит смартфону работать быстрей. Другие говорят, что это, в первую очередь, сводит на нет всю цель кэширования и просто увеличивает время запуска приложений и выполняемых действий. Истина, как обычно, где-то посередине. Некоторые приложения могут не использовать кэширование эффективно, из-за чего используются излишне большие объемы памяти. Иногда кэш может вызывать проблемы после выхода обновления и надо его сбрасывать. А еще некоторые приложения могут начинать работать медленнее, когда их кэш становится очень большим. Сказать однозначно, надо ли его удалять, нельзя. Но сейчас рассмотрим эту тему подробнее, чтобы вы понимали, когда это делать и как?

Надо ли чистить кэш телефона?

Что такое кэш на Андройд

Кэширование в компьютерном мире это то, что позволяет приложениям, таким, как браузеры, игры и потоковые сервисы хранить временные файлы, которые считаются актуальными для уменьшения времени загрузки и увеличения скорости работы. YouTube, Карты, музыкальные сервисы и множество других приложений сохраняют информацию в виде данных кэша. Это могут быть миниатюры видео, история поиска или временно сохраненные фрагменты видео. Кэширование может сэкономить много времени, так как качество и скорость Интернета не везде одинаковы. Но по иронии судьбы, когда приложения выгружают много данных на ваш телефон, это в конечном итоге замедляет его работу, особенно, когда остается мало места на встроенной памяти.

Наш Иван Кузнецов не так давно писал о том, что никогда не чистит кэш и считает это не нужным. Многие из вас, возможно, с ним не согласны. Да я и сам переодически провожу эту процедуру. Тем не менее, для полноты картины можете ознакомиться с его мнением.

Очистка кэша и данных на Android

Хотя мы часто упоминаем очистку кэша и данных в одном ключе, на Android это два совершенно разных действия. Например, музыкальные сервисы часто сохраняют в кэш информацию, относящуюся к исполнителям, которых вы слушали, но которые не входят в вашу библиотеку. Когда кэш приложения очищается, все упомянутые данные стираются.

Очистка лишней не будет? Не факт.

Более существенные данные включают в себя пользовательские настройки, базы данных и данные для входа в систему. Когда вы очистите кэш, это все удалится и будет не очень приятно. Если говорить грубо, можно сказать, что очистка кэша придает приложению тот вид, который был сразу после его установки, но у вас останутся данные, которые вы сами осознанно сохранили (загруженные песни, видео в оффлайн, карты и так далее). Если вы удалите и эти данные, то приложение будет вообще нулевым. Если чистите и кэш, и данные, проще тогда и приложение переустановить, чтобы вообще все красиво было.

Как очистить память смартфона. Пять простых шагов.

Когда надо чистить кэш

В чем-то я согласен с Иваном и с его мнением, которое я приводил в начале статьи. Нет смысла чистить кэш часто. После того, как вы его очистили, приложение все равно его создаст заново. Только в это время оно будет работать еще медленнее.

Тут важно найти баланс и понять, действительно ли ваш смартфон тормозит из-за кэша или, например, он просто старый и уже не тянет. Если не вникать в это, то можно посоветовать чистить кэш один раз в 3-6 месяцев, но быть готовым, что первые несколько дней скорость работы будет чуть ниже. В итоге, вы как бы освежите приложение, удалив лишний мусор и заново собрав только то, что нужно.

Google Play рассылает пустые обновления приложений. Что делать?

Как очистить кэш и данные на Android

Точную инструкцию для каждого смартфона дать не получится, так как все зависит от производителя и версии ОС, но общие правила будут следующими.

Шаг 1: Запустите «Настройки» и перейдите в раздел «Хранилище» (или найдите его поиском). Так вы сможете узнать, сколько памяти вашего смартфона занято и чем.

Шаг 2. В разделе «Хранилище» найдите «Приложения» (или «Другие приложения») и выберите его. В нем будут перечислены все приложения, а также то, сколько места каждое из них занимает. В некоторых версиях ОС можно найти сортировку приложений по алфавиту или размеру.

Шаг 3: Зайдите внутрь приложения и удалите кэш или данные. Только надо понимать, что это действие необратимо.

Три простых шага для очистки кэша.

В отношении специальных приложений для очистки я очень категоричен и не рекомендую ими пользоваться. Несмотря на их обещания ускорить систему чуть ли не в разы, в лучшем случае они просто сделают то же, что я только что описал. Так почему бы не сделать это самому без установки сомнительных приложений, которые еще и будут собирать ваши данные? Единственное приложение-оптимизатор, которому я доверяю, это Google Файлы, но работает оно именно с хранилищем и чистит в первую очередь мусор. Хотя, на него тоже нельзя слепо полагаться, но оно сделано Google, а к ней доверия куда больше, чем к каким-то левым разработчикам.

Если вы все еще хотите установить подобное приложение, просто помните о том, что они работают в фоновом режиме и используют системные ресурсы. Даже если они что-то ускорят, то сразу замедлят обратно.

Надо ли чистить кэш Android-приложений

Возможность очистки данных — это действительно полезная функция для решения многих проблем, уникальная для Android. Но как и любой полезной вещью злоупотреблять ей не стоит. Не надо чистить кэш и память каждый день. Делайте это периодически и только по мере надобности. Начал телефон работать медленно — пробегитесь по хранилищу. Если увидели, что какое-то из приложений занимает слишком много места, хотя не должно, очистите кэш.

Еще больше полезных советов и рассуждения в нашем Telegram-канале.

Еще раз: очистка кэша не испортит ваш смартфон, но приложение потеряет часть сохраненных данных и оптимизированных под вас настроек. Некоторое время придется накапливать их заново, зато так можно убрать действительно лишнее. Раньше можно было одной кнопкой очистить кэш всех приложений, теперь только по одному, но, наверное, это к лучшему.

Чего точно не стоит делать с кэшем, так это чистить его каждый день или каждую неделю. Так вы точно не сделаете лучше никому.

Источник

11 видов кэширования для современного сайта

Автор данной статьи не встречал структурированной обзорной информации о важных этапах кэширования, поэтому ему хотелось бы поделиться наработанным опытом в этой области, соединить воедино всю основную информацию по данному вопросу, а также рассмотреть плюсы и минусы каждого вида кэширования.

В первую очередь, хотелось бы пояснить, что кэширование – это одна из наиболее важных составляющих любого проекта. В частности, это единственный способ сделать больше и быстрее при использовании ограниченных ресурсов. А, как известно, ресурсы всегда ограничены: как серверные, так и пользовательские.

Основной проблематикой кэширования является быстрота реакции на запросы к основным системам хранения и обработки входящей и исходящей структурированной информации.

Представьте, что необходимо осуществить быструю передачу информации, однако скорость доступа к данным крайне низкая. Или другая ситуация: скорость хорошая, но мало доступной памяти или ширина канала недостаточная, или процессорные и дисковые факторы мешают осуществить задачу. В этом случае кэширование – это единственный выход из ситуации.

Виды кэширования

Кэширование (или кэш) – это некий промежуточный буфер, в котором хранятся данные. Благодаря кэшированию страница сайта не воссоздается заново для каждого пользователя. Кэширование позволяет осуществлять работу с большим количеством данных в максимально сжатые сроки и при ограниченных ресурсах (серверных и пользовательских).

Необходимо понимать, что работу с данными можно производить как на стороне клиента, так и на сервере. Притом, серверная обработка данных централизована и имеет ряд несомненных преимуществ (особенно для службы поддержки).

Существует несколько видов кэширования, предлагаем рассмотреть каждый вид, его особенности и рекомендации по применению:

1. Браузерное кэширование или клиентское кэширование

Представляет собой составление для браузера команды использовать имеющуюся кэшированную копию. Работа такого кэширования основана на том, что при повторном посещении, браузеру отдаётся заголовок 304 Not Modified, а сама страница или картинка загружаются из локального пользовательского кэша. Получается, что вы экономите на трафике между браузером посетителя и хостингом сайта. Соответственно, страница вашего сайта начинает загружаться быстрее.

1.1 Кэширование файлов и картинок

Браузерное кэширование как нельзя лучше подходит для сайтов, содержащих большое количество изображений: картинка не скачивается каждый раз при открытии сайта, а просто загружается через кэш браузера.

Это первый уровень кэширования, который состоит в отдаче заголовка «expired» и заголовка «304 Not Modified». Наиболее эффективным считается кэширование на 2 недели.

Однако в данном случае есть важный нюанс: если изображение на сайте меняется, то браузер узнает об этом не сразу, а только если выждать expiry или сбросить кэш в самом браузере. Это не очень эффективно, если файл постоянно изменяется и необходимо постоянно отдавать его актуальную версию.

1.2 Кэширование https

Специальные заголовки вида strict-security. Позволяет браузеру всегда обращаться по https к выбранному домену. Сохраняет это состояние довольно жёстко и, в случае отмены этого вида кэша, браузер ещё довольно долго будет пытаться загрузить страницу по https, при этом игнорируя текущие заголовки.

1.3 Кэширование центра сертификации

Так называемый, stamp центра сертификации.

Данный вид кэширования считается обязательным для применения, если вы не хотите, чтобы пользователи вашего сайта ждали, когда центр сертификации (а это некий сервер, который отвечает за достоверность вашего сертификата) обработает запрос от браузера пользователя и подтвердит, что ваш сайт действительно подтверждён им.

1.4 Кэширование страниц

Когда страница уже сгенерирована, нужно постоянно отслеживать ее актуальность. Для этого вы должны использовать серверный кэш с отслеживанием времени изменения отдельных частей страницы (если страница строится из множества динамически генерируемых блоков). При таком подходе в каждом ответе от сервера установлены специальные заголовки, обозначающие время изменения страницы, которые затем отправляются браузером пользователя при повторном обращении к странице сайта. Сервер при получении таких заголовков можем проанализировать текущее состояние страницы (возможно, даже отрисовать её), но вместо содержимого страницы отдать заголовок «304 Not Modified», что для пользовательского браузера будет означать, что можно показать страницу из своего (браузера пользователя) кэша.

Конечно, можно отправлять соответствующие заголовки без использования серверного отслеживания кэша, но в таком случае большинство пользователей получат обновление контента страницы довольно поздно. При таком подходе браузер иногда опрашивает сервер для получения обновлений, но периодичность и правила для каждого браузера настраиваются его разработчиком, поэтому надеяться на то, что ваши пользователи получат обновления вовремя, не приходится.

Как правило, кэш подразделяется по типу пользователей:

— для авторизованных;
— для неавторизованных.

Данное разделение обусловлено уникальностью контента, для каждого авторизованного пользователя и общностью контента для гостевых пользователей. В большинстве сайтов не авторизованный пользователь не может изменять содержимое сайта, а значит и влиять на его содержимое.

Браузерный кэш позволяет экономить трафик и время, затрачиваемое на загрузку страниц. Но для достижения эффекта экономии, пользователь должен хотя бы один раз посетить нашу страницу, а это означает, что нагрузка на серверные ресурсы уменьшится, но не значительно.

2. Серверное кэширование

Под серверным кэшированием понимаются все виды кэширования, при котором данные хранятся на серверной стороне. Эти данные не доступны клиентским браузерам. Кэш создаётся и хранится по принципу «один ко многим» (многие, в данном случае, — это клиентские устройства).

2.1 Кэширование страницы целиком

Наиболее эффективный кэш. Чем он интересен? Самое большое его достоинство в том, что отдача страницы происходит практически в момент обращения, как следствие – это возможность обработки миллионов запросов даже на самом слабом сервере со скоростью работы памяти и с незначительным задействованием процессора.

Пожалуй, любой когда-либо мечтал о сайте, работающем со скоростью «ping» или быстрее.
Но и у этого типа кэша есть свои минусы: например, невозможность кэшировать страницы для авторизованного пользователя, либо пользователя, содержимое страницы которого зависит от текущих переменных пользователя.

Используйте этот кэш, если серверу известны все статичные состояния внешних данных, такие как: uri, get (без дополнительных параметров), пользователь не авторизован — то есть, фактически, это идеальное состояние страницы для гостевых пользователей. Учитывайте тот факт, что при таком кэшировании архитектура сайта или приложения всегда должна однотипно обрабатывать входящие запросы и отдавать однотипные ответы. Такое состояние есть в любом приложении или сайте, его нужно лишь отследить и применить к нему кэш.

Кэширование страниц целиком, чаще всего, применяют в каких-то экстренных случаях, при этом кэш страниц сохраняется на заранее указанное время (от 2 минут), в течение которого ответы от сервера однотипны (не позволяйте браузеру кэшировать это).

2.2 Кэширование результатов компиляции php-файлов

Различают как чистую компиляцию кода, так и его оптимизацию во время компилирования (подмена скриптов). Наиболее яркие примеры:

И тот и другой вид кэширования могут использоваться в проекте, но у каждого есть собственные нюансы, которые необходимо учитывать при написании кода.

2.3 Кэширование отдельных блоков страницы

Это, пожалуй, самый интересный, но и сложный вид кэширования. Тем не менее, он тоже может быть эффективным, и на его примере легче всего объяснить принципы кэширования в целом.
Необходимо отслеживать: состояние таблиц, состояние сессии пользователя, выключать ли кэширование при POST или GET запросах (http query), зависимость от текущего адреса, постоянство кэширования (при изменении предыдущих условий) или его динамическую подстройку.

Кэширование отдельных блоков страниц лучше других типов кэширования подойдёт, если вам нужно, например, уменьшить количество запросов к базе данных от реальных (авторизованных) пользователей. Кстати, при правильно заданных зависимостях, он будет работать даже эффективнее, чем все последующие виды кэширования.

Почему этот вид кэширования настолько важен? Всё дело в том, что расширение пула серверов баз данных намного более сложная задача, чем расширение пула серверов php-части сайта. Более того, php конфликты состояния кэширования решаются гораздо легче, чем конфликты при работе с множеством баз данных.

2.4 Кэширование php на основе неразделяемых ресурсов

Лучше всего подходит при стандартизации запросов, получении данных из общих ресурсов, наличии внутренних переменных, к которым php-ресурсы обращаются несколько раз при генерации страницы.

2.5 Кэширование php на основе общих ресурсов

Такое кэширование применяйте для хранения сериализированных данных. Например: конфигурационного файла, состояния таблиц, списков файловой системы.

2.6 Кэширование mysql на основе query cache

Это довольно известная и наиболее освещённая тема. Тем не менее, хотелось бы рассмотреть специфику работы с timestamp и то, как можно избежать постоянного сброса query cache.

Наверняка, вы регулярно сталкивались с ситуацией, когда необходимо отдать новые материалы, дата публикации которых уже разрешена текущим timestamp? Проще говоря,

Источник

Учебное пособие по кэшированию, часть 1

Довольно подробное и интересное изложение материала, касающегося кэша и его использования. Часть 2.

Автор, Mark Nottingham, — признанный эксперт в области HTTP-протокола и веб-кэширования. Является председателем IETF HTTPbis Working Group. Принимал участие в редактировании HTTP/1.1, part. 6: Caching. В настоящий момент участвует в разработке HTTP/2.0.

От переводчика: об опечатках и неточностях просьба сообщать в личку. Спасибо.

Веб-кэш располагается между одним или несколькими веб-серверами и клиентом, или множеством клиентов, и следит за входящими запросами, сохраняя при этом копии ответов — HTML-страниц, изображений и файлов (совокупно известных, как представления (representations); прим. переводчика — позвольте я буду употреблять слово “контент” — оно, на мой взгляд, не так режет слух), для собственных нужд. Затем, если поступает другой запрос с аналогичным url-адресом, кэш может использовать сохраненный прежде ответ, вместо повторного запроса к серверу.

Существует две основные причины, по которым используется веб-кэш:

1. Уменьшение времени ожидания — так как данные по запросу берутся из кэша (который располагается “ближе” к клиенту), требуется меньше времени для получения и отображения контента на стороне клиента. Это делает Веб более отзывчивым (прим. переводчика — “отзывчивым” в контексте быстроты реакции на запрос, а не эмоционально).

2. Снижение сетевого трафика — повторное использование контента снижает объем данных, передаваемых клиенту. Это, в свою очередь, экономит деньги, если клиент платит за трафик, и сохраняет низкими и более гибкими требования к пропускной способности канала.

Виды веб-кэшей

Кэш браузера (Browser cache)

Если вы изучите окно настроек любого современного веб-браузера (например, Internet Explorer, Safari или Mozilla), вы, вероятно, заметите параметр настройки «Кэш». Эта опция позволяет выделить область жесткого диска на вашем компьютере для хранения просмотренного ранее контента. Кэш браузера работает согласно довольно простым правилам. Он просто проверяет являются ли данные “свежими”, обычно один раз за сессию (то есть, один раз в текущем сеансе браузера).

Этот кэш особенно полезен, когда пользователь нажимает кнопку “Назад” или кликает на ссылку, чтобы увидеть страницу, которую только что просматривал. Также, если вы используете одни и те же изображения навигации на вашем сайте, они будут выбираться из браузерного кэша почти мгновенно.

Прокси-кэш (Proxy cache)

Прокси-кэш работает по аналогичному принципу, но в гораздо большем масштабе. Прокси обслуживают сотни или тысячи пользователей; большие корпорации и интернет-провайдеры часто настраивают их на своих файрволах или используют как отдельные устройства (intermediaries).

Поскольку прокси не являются частью клиента или исходного сервера, но при этом обращены в сеть, запросы должны быть к ним как-то переадресованы. Одним из способов является использование настроек браузера для того, чтобы вручную указать ему к какому прокси обращаться; другой способ — использование перехвата (interception proxy). В этом случае прокси обрабатывают веб-запросы, перенаправленные к ним сетью, так, что клиенту нет нужды настраивать их или даже знать об их существовании.

Прокси-кэши являются своего рода общей кэш-памятью (shared cache): вместо обслуживания одного человека, они работают с большим числом пользователей и поэтому очень хороши в сокращении времени ожидания и сетевого трафика. В основном, из-за того, что популярный контент запрашивается много раз.

Кэш-шлюз (Gateway Cache)

Также известные как “реверсивные прокси-кэши” (reverse proxy cache) или “суррогаты” (surrogate cache) шлюзы тоже являются посредниками, но вместо того, чтобы использоваться системными администраторами для сохранения пропускной способности канала, они (шлюзы) обычно используются веб-мастерами для того, чтобы сделать их сайты более масштабируемыми, надежными и эффективными.

Запросы могут быть перенаправлены на шлюзы рядом методов, но обычно используется балансировщик нагрузки в той или иной форме.

Сети доставки контента (content delivery networks, CDN) распространяют шлюзы по всему интернету (или некоторой его части) и отдают кэшированный контент заинтересованным веб-сайтам. Speedera и Akamai являются примерами CDN.

Это учебное пособие преимущественно сфокусировано на браузерных кэшах и прокси, но некоторая информация подходит также и тем, кому интересны шлюзы.

Почему я должен им пользоваться

Кэширование является одной из наиболее неправильно понятых технологий в интернете. Веб-мастера, в частности, боятся потерять контроль над их сайтом, потому что прокси могут “скрыть” их пользователей, сделав сложным наблюдение посещаемости.

К несчастью для них (веб-мастеров), даже если бы веб-кэша не существовало, есть слишком много переменных в интернете, чтобы гарантировать, что владельцы сайтов будут в состоянии получить точную картину того, как пользователи обращаются с сайтом. Если это является для вас большой проблемой, данное руководство научит вас как получить необходимую статистику, не делая ваш сайт “кэшененавистником”.

Другой проблемой является то, что кэш может хранить содержимое, которое устарело или просрочено.

С другой стороны, если вы ответственно подходите к проектированию вашего веб-сайта, кэш может помочь с более быстрой загрузкой и сохранением нагрузки на сервер и интернет-соединение в рамках допустимого. Разница может быть впечатляющей: загрузка сайта, не работающего с кэшем, может потребовать нескольких секунд; в то время как преимущества использования кэширования могут сделать её кажущейся мгновенной. Пользователи по достоинству оценят малое время загрузки сайта и, возможно, будут посещать его чаще.

Подумайте об этом в таком ключе: многие крупные интернет-компании тратят миллионы долларов на настройку ферм серверов по всему миру для репликации контента для того, чтобы ускорить, как только можно, доступ к данным для своих пользователей. Кэш делает то же самое для вас и он гораздо ближе к конечному пользователю.

CDN, с этой точки зрения, являются интересной разработкой, потому что, в отличие от многих прокси-кэшей, их шлюзы приведены в соответствие с интересами кэшируемого веб-сайта. Тем не менее, даже тогда, когда вы используете CDN, вы все равно должны учитывать, что там будет прокси и последующее кэширование в браузере.

Резюмируя, прокси и кэш браузера будут использоваться, нравится вам это или нет. Помните, если вы не настроите ваш сайт для корректного кэширования, он будет использовать настройки кэша по-умолчанию.

Как работает веб-кэш

Все виды кэшей обладают определенным набором правил, которые они используют, чтобы определить, когда брать контент из кэша, если он доступен. Некоторые из эти правил установлены протоколами (HTTP 1.0/HTTP 1.1), некоторые — администраторами кэша (пользователями браузера или администраторами прокси).

Вообще говоря, это самые общие правила (не волнуйтесь, если вы не понимаете детали, они будут объяснены ниже):

Свежесть (freshness) и валидация (validation) являются наиболее важными способами, с помощью которых кэш работает с контентом. Свежий контент будет доступен мгновенно из кэша; валидное же содержимое избежит повторной отправки всех пакетов, если оно не было изменено.

Источник

Кэширование и производительность веб-приложений

Кэширование позволяет увеличивать производительность веб-приложений за счёт использования сохранённых ранее данных, вроде ответов на сетевые запросы или результатов вычислений. Благодаря кэшу, при очередном обращении клиента за одними и теми же данными, сервер может обслуживать запросы быстрее. Кэширование — эффективный архитектурный паттерн, так как большинство программ часто обращаются к одним и тем же данным и инструкциям. Эта технология присутствует на всех уровнях вычислительных систем. Кэши есть у процессоров, жёстких дисков, серверов, браузеров.

Ник Карник, автор материала, перевод которого мы сегодня публикуем, предлагает поговорить о роли кэширования в производительности веб-приложений, рассмотрев средства кэширования разных уровней, начиная с самого низкого. Он обращает особое внимание на то, где именно могут быть кэшированы данные, а не на то, как это происходит.

Мы полагаем, что понимание особенностей систем кэширования, каждая из которых вносит определённый вклад в скорость реакции приложений на внешние воздействия, расширит кругозор веб-разработчика и поможет ему в деле создания быстрых и надёжных систем.

Процессорный кэш

Начнём наш разговор о кэшах с самого низкого уровня — с процессора. Кэш-память процессора — это очень быстрая память, которая играет роль буфера между процессором (CPU) и оперативной памятью (RAM). Кэш-память хранит данные и инструкции, к которым обращаются чаще всего, благодаря чему процессор может получать ко всему этому доступ практически мгновенно.

В процессорах имеется особая память, представленная регистрами процессора, которая обычно представляет собой небольшое хранилище информации, обеспечивающее крайне высокую скорость обмена данными. Регистры — это самая быстрая память, с которой может работать процессор, которая расположена максимально близко к остальным его механизмам и имеет небольшой объём. Иногда регистры называют кэшем нулевого уровня (L0 Cache, L — это сокращение от Layer).

У процессоров, кроме того, имеется доступ к ещё нескольким уровням кэш-памяти. Это — до четырёх уровней кэша, которые, соответственно, называются кэшами первого, второго, третьего, и четвёртого уровня (L0 — L4 Cache). То, к какому именно уровню относятся регистры процессора, в частности, будет ли это кэш нулевого или первого уровня, определяется архитектурой процессора и материнской платы. Кроме того, от архитектуры системы зависит то, где именно — на процессоре, или на материнской плате, физически расположена кэш-память разных уровней.

Структура памяти в некоторых новейших CPU

Кэш жёсткого диска

Жёсткие диски (HDD, Hard Disk Drive), применяемые для постоянного хранения данных — это, в сравнении с оперативной памятью, предназначенной для кратковременного хранения информации, устройства довольно медленные. Однако надо отметить, что скорость постоянных хранилищ информации увеличивается благодаря распространению твердотельных накопителей (SSD, Solid State Drive).

В системах долговременного хранения информации кэш диска (его ещё называют буфером диска или кэширующим буфером) — это встроенная в жёсткий диск память, которая играет роль буфера между процессором и физическим жёстким диском.

Кэш жёсткого диска

Дисковые кэши работают, исходя из предположения, что когда на диск что-то пишут, или с него что-то читают, есть вероятность того, что в ближайшем будущем к этим данным будут обращаться снова.

О быстродействии жёстких дисков и оперативной памяти

Разница между временным хранением данных в оперативной памяти и постоянным хранением на жёстком диске проявляется в скорости работы с информацией, в стоимости носителей и в близости их к процессору.

Время отклика оперативной памяти составляет десятки наносекунд, в то время как жёсткому диску нужны десятки миллисекунд. Разница в быстродействии дисков и памяти составляет шесть порядков!

Одна миллисекунда равна миллиону наносекунд

Простой веб-сервер

Теперь, когда мы обсудили роль кэширования в базовых механизмах компьютерных систем, рассмотрим пример, иллюстрирующий применение концепций кэширования при взаимодействии клиента, представленного веб-браузером, и сервера, который, реагируя на запросы клиента, отправляет ему некие данные. В самом начале у нас имеется простой веб-сервер, который, отвечая на запрос клиента, считывает данные с жёсткого диска. При этом представим, что между клиентом и сервером нет никаких особых систем кэширования. Вот как это выглядит.

При работе вышеописанной системы, когда клиент обращается напрямую к серверу, а тот, самостоятельно обрабатывая запрос, читает данные с жёсткого диска и отправляет клиенту, без кэша всё-таки не обходится, так как при работе с диском будет задействован его буфер.

При первом запросе жёсткий диск проверит кэш, в котором, в данном случае, ничего не будет, что приведёт к так называемому «промаху кэша». Затем данные считаются с самого диска и попадут в его кэш, что соответствует предположению, касающемуся того, что эти данные могут понадобиться снова.

При последующих запросах, направленных на получение тех же данных, поиск в кэше окажется успешным, это — так называемое «попадание кэша». Данные в ответ на запрос будут поступать из дискового буфера до тех пор, пока они не будут перезаписаны, что, при повторном обращении к тем же данным, приведёт к промаху кэша.

Кэширование баз данных

Усложним наш пример, добавим сюда базу данных. Запросы к базам данных могут быть медленными и требовать серьёзных системных ресурсов, так как серверу баз данных, для формирования ответа, нужно выполнять некие вычисления. Если запросы повторяются, кэширование их средствами базы данных поможет уменьшить время её отклика. Кроме того, кэширование полезно в ситуациях, когда несколько компьютеров работают с базой данных, выполняя одинаковые запросы.

Простой веб-сервер с базой данных

Большинство серверов баз данных по умолчанию настроены с учётом оптимальных параметров кэширования. Однако, существует множество настроек, которые могут быть модифицированы для того, чтобы подсистема баз данных лучше соответствовала особенностям конкретного приложения.

Кэширование ответов веб-сервера

Продолжим развивать наш пример. Теперь веб-сервер, раньше рассматриваемый как единая сущность, разбит на две части. Одна из них, собственно веб-сервер, теперь занимается взаимодействием с клиентами и с серверным приложением, которое уже работает с системами хранения данных. Веб-сервер можно настроить так, чтобы он кэшировал ответы, в результате ему не придётся постоянно отправлять серверному приложению похожие запросы. Похожим образом, основное приложение может кэшировать некоторые части собственных ответов на ресурсоёмкие запросы к базе данных или на часто встречающиеся запросы файлов.

Кэш ответов и кэш приложения

Ответы веб-сервера кэшируются в оперативной памяти. Кэш приложения может храниться либо локально, в памяти, либо на специальном кэширующем сервере, который использует базу данных, вроде Redis, которая хранит данные в оперативной памяти.

Мемоизация функций

Сейчас поговорим об оптимизации производительности серверного приложения за счёт мемоизации. Это — разновидность кэширования, применяемая для оптимизации работы с ресурсоёмкими функциями. Данная техника позволяет выполнять полный цикл вычислений для определённого набора входных данных лишь один раз, а при следующих обращениях к функции с теми же входными данными сразу выдавать найденный ранее результат. Мемоизация реализуется посредством так называемых «таблиц поиска» (lookup table), хранящих ключи и значения. Ключи соответствуют входным данным функции, значения — результатам, которые возвращает функция при передаче ей этих входных данных.

Мемоизация функции с помощью таблицы поиска

Мемоизация — это обычный приём, используемый для повышения производительности программ. Однако он может быть не особенно полезным при работе с ресурсоёмкими функциями, которые вызываются редко, или с функциями, которые, и без мемоизации, работают достаточно быстро.

Кэширование в браузере

Теперь перейдём на сторону клиента и поговорим о кэшировании в браузерах. В каждом браузере имеется реализация HTTP-кэша (его ещё называют веб-кэшем), который предназначен для временного хранения материалов, полученных из интернета, таких, как HTML-страницы, JavaScript-файлы и изображения.

Этот кэш используется, когда в ответе сервера содержатся правильно настроенные HTTP-заголовки, указывающие браузеру на то, когда и на какое время он может кэшировать ответ сервера.

Перед нами весьма полезная технология, которая даёт следующие преимущества всем участникам обмена данными:

Кэширование в браузере

Кэширование и прокси-серверы

В компьютерных сетях прокси-серверы могут быть представлены специальным аппаратным обеспечением или соответствующими приложениями. Они играют роль посредников между клиентами и серверами, хранящими данные, которые этим клиентам требуются. Кэширование — это одна из задач, которую они решают. Рассмотрим различные виды прокси-серверов.

▍Шлюзы

Шлюз (gateway) — это прокси-сервер, который перенаправляет входящие запросы или исходящие ответы, не модифицируя их. Такие прокси-серверы ещё называют туннелирующими прокси (tunneling proxy), веб-прокси (web proxy), прокси (proxy), или прокси уровня приложения (application level proxy). Эти прокси-серверы обычно совместно используются, например, всеми клиентами, находящимися за одним и тем же файрволом, что делает их хорошо подходящими для кэширования запросов.

▍Прямые прокси-серверы

Прямой прокси-сервер (forward proxy, часто такие серверы называют просто proxy server) обычно устанавливается на стороне клиента. Веб-браузер, который настроен на использование прямого прокси-сервера, будет отправлять исходящие запросы этому серверу. Затем эти запросы будут перенаправлены на целевой сервер, расположенный в интернете. Одно из преимуществ прямых прокси заключаются в том, что они защищают данные клиента (однако, если говорить об обеспечении анонимности в интернете, безопаснее будет пользоваться VPN).

▍Веб-ускорители

Веб-ускоритель (web accelerator) — это прокси-сервер, который уменьшает время доступа к сайту. Он делает это, заранее запрашивая у сервера документы, которые, вероятнее всего, понадобятся клиентам в ближайшем будущем. Подобные серверы, кроме того, могут сжимать документы, ускорять выполнение операций шифрования, уменьшать качество и размер изображений, и так далее.

▍Обратные прокси-серверы

Обратный прокси-сервер (reverse proxy) — это обычно сервер, расположенный там же, где и веб-сервер, с которым он взаимодействует. Обратные прокси-серверы предназначены для предотвращения прямого доступа к серверам, расположенным в частных сетях. Обратные прокси используются для балансировки нагрузки между несколькими внутренними серверами, предоставляют возможности SSL-аутентификации или кэширования запросов. Такие прокси выполняют кэширование на стороне сервера, они помогают основным серверам в обработке большого количества запросов.

▍Пограничное кэширование

Обратные прокси-серверы расположены близко к серверам. Существует и технология, при использовании которой кэширующие серверы располагаются как можно ближе к потребителям данных. Это — так называемое пограничное кэширование (edge caching), представленное сетями доставки контента (CDN, Content Delivery Network). Например, если вы посещаете популярный веб-сайт и загружаете какие-нибудь статические данные, они попадают в кэш. Каждый следующий пользователь, запросивший те же данные, получит их, до истечения срока их кэширования, с кэширующего сервера. Эти серверы, определяя актуальность информации, ориентируются на серверы, хранящие исходные данные.

Прокси-серверы в инфраструктуре обмена данными между клиентом и сервером

Итоги

В этом материале мы рассмотрели различные уровни кэширования данных, применяющиеся в процессе обмена информацией между клиентом и сервером. Веб-приложения не могут мгновенно реагировать на воздействия пользователя, что, в частности, связано, для действий, требующих обмена данными с серверами этих приложений, с необходимостью выполнения неких вычислений перед отправкой ответа. Во время, необходимое для передачи данных от сервера клиенту, входит и время, необходимое для поиска необходимых данных на диске, и сетевые задержки, и обработка очередей запросов, и механизмы регулирования полосы пропускания сетей, и многое другое. Если учесть, что всё это может происходить на множестве компьютеров, находящихся между клиентом и сервером, то можно говорить о том, что все эти задержки способны серьёзно увеличить время, необходимое для прихода запроса на сервер и получения клиентом ответа.

Правильно настроенная система кэширования способна значительно улучшить общую производительность сервера. Кэши сокращают задержки, неизбежно возникающие при передаче данных по сети, помогают экономить сетевой трафик, и, в результате, уменьшают время, необходимое для того, чтобы браузер вывел запрошенную у сервера веб-страницу.

Уважаемые читатели! Какие технологии кэширования вы используете в своих проектах?

Источник