Caching v optimalizácii výkonnosti webu: Stratégií a výhody

Typy vyrovnávacích pamätí

V webovom prostredí existuje niekoľko typov vyrovnávacích pamätí:

• Vyrovnávacia pamäť prehliadača: Ukladá zdroje (napríklad HTML, CSS, JavaScript, obrázky atď.) na zariadení používateľa, aby sa neskoršie návštevy rovnakej webovej stránky načítali rýchlejšie.
• Vyrovnávacia pamäť CDN: Siete na doručovanie obsahu (CDN) ukladajú kópie statického obsahu v geograficky distribuovaných lokalitách, aby doručovali obsah používateľom rýchlejšie na základe ich polohy.
• Vyrovnávacia pamäť webového servera: Ukladá zdroje na strane servera, čo znižuje potrebu opätovného generovania zdrojov alebo načítania z databázy pri každej požiadavke.
• Vyrovnávacia pamäť aplikácie: Vrstva ukladania do vyrovnávacej pamäte v rámci aplikácie, ktorá zvyčajne ukladá dáta načítané z databázy alebo API.
• Vyrovnávacia pamäť databázy: Často sa implementuje prostredníctvom riešení ako Redis alebo Memcached, tieto vyrovnávacie pamäte ukladajú často pristupované dotazy a dáta, aby sa znížilo zaťaženie databázy.
• Pamäťová vyrovnávacia pamäť: Ukladá dáta v pamäti, ako je RAM, na dosiahnutie extrémne rýchlych prístupových časov.

Ukladanie do vyrovnávacej pamäte webového servera a webovej stránky

V centre pozornosti tohto článku je ukladanie do vyrovnávacej pamäte webového servera a webovej stránky. Tieto techniky primárne zahŕňajú ukladanie kópií súborov na serveri a ich poskytovanie na používateľské požiadavky bez potreby ich opakovaného opätovného generovania.

Ukladanie do vyrovnávacej pamäte webového servera zahŕňa techniky implementované priamo na serveri, zatiaľ čo ukladanie do vyrovnávacej pamäte webovej stránky môže zahŕňať techniky na strane prehliadača, ako je HTTP ukladanie do vyrovnávacej pamäte, kde server inštruuje klienta (prehliadač), aby lokálne ukladal zdroje do vyrovnávacej pamäte.

Hlavička Cache-Control

Hlavička Cache-Control je jednou z najdôležitejších hlavičiek na riadenie toho, ako, čo a ako dlho môže prehliadač alebo mechanizmus medziľahlého ukladania do vyrovnávacej pamäte (ako CDN alebo proxy) ukladať zdroj do vyrovnávacej pamäte.

Cache-Control: max-age=3600, public

Vyššie uvedený príklad hovorí prehliadaču alebo medziľahlým vyrovnávacím pamätiam, aby ukladali zdroj do vyrovnávacej pamäte po dobu 3600 sekúnd (1 hodina). Direktíva public indikuje, že zdroj je možné uložiť do vyrovnávacej pamäte akoukoľvek vrstvou vyrovnávacej pamäte, vrátane zdieľaných vyrovnávacích pamätí (napr. CDN).

Bežné direktívy Cache-Control zahŕňajú:

• no-store: Nie je povolené žiadne ukladanie do vyrovnávacej pamäte; každá požiadavka musí načítať zdroj zo servera.
• no-cache: Klient musí pred obsluhou uloženej kópie prevalidovať server.
• max-age: Špecifikuje maximálnu dobu (v sekundách), počas ktorej je možné zdroj uložiť do vyrovnávacej pamäte predtým, ako sa považuje za zastaraný.
• private: Indikuje, že zdroj je špecifický pre jedného používateľa a nemal by byť ukladaný do vyrovnávacej pamäte zdieľanými vyrovnávacími pamäťami.
• public: Zdroj môže byť uložený do vyrovnávacej pamäte akoukoľvek vyrovnávacou pamäťou, vrátane zdieľaných vyrovnávacích pamätí.

Hlavička Expires

Hlavička Expires špecifikuje konkrétny dátum a čas, po ktorom sa zdroj považuje za zastaraný. Na rozdiel od Cache-Control, ktorá sa zaoberá relatívnym časom, Expires sa zaoberá absolútnym časom.

Expires: Wed, 21 Oct 2023 07:28:00 GMT

Avšak, Cache-Control do značnej miery nahradila Expires v modernom webovom vývoji, pretože ponúka detailnejšie ovládanie.

Hlavička ETag

Hlavička ETag (Entity Tag) sa používa na validáciu vyrovnávacej pamäte. Poskytuje jedinečný identifikátor pre špecifickú verziu zdroja. Keď klient požiada o uložený zdroj do vyrovnávacej pamäte, odošle hodnotu ETag v hlavičke If-None-Match. Server potom skontroluje, či ETag zodpovedá aktuálnej verzii zdroja. Ak áno, server odpovie stavovým kódom 304 Not Modified, čo znamená, že uložená verzia je stále platná.

ETag: "34a64df551429fcc55e4d42a148795d9f25f89d4"

Hlavička Last-Modified

Hlavička Last-Modified indikuje posledný čas, kedy bol zdroj modifikovaný. Podobne ako ETag, umožňuje klientom validovať uloženú kópiu zdroja odoslaním požiadavky s hlavičkou If-Modified-Since. Ak sa zdroj odvtedy nezmenil, server odpovie stavovým kódom 304 Not Modified.

Last-Modified: Tue, 15 Nov 2023 12:45:26 GMT

Hlavička Pragma

Hlavička Pragma je staršia hlavička HTTP/1.0, ktorá sa väčšinou používa pre spätnú kompatibilitu. Pragma: no-cache je podobná Cache-Control: no-cache, inštruuje klientov, aby neukladali zdroj do vyrovnávacej pamäte.

Pragma: no-cache

Hlavička Vary

Hlavička Vary sa používa, keď sa odpoveď môže líšiť v závislosti od určitých hlavičiek požiadavky. Napríklad, ak webová stránka poskytuje odlišný obsah na základe hlavičky Accept-Encoding (či klient dokáže akceptovať komprimovaný obsah alebo nie), hlavička Vary zaisťuje, že vyrovnávacia pamäť rešpektuje tieto rozdiely.

Vary: Accept-Encoding

Krok 1: Povolenie modulov ukladania do vyrovnávacej pamäte Apache

Ak chcete používať ukladanie do vyrovnávacej pamäte v Apache, musíte najprv povoliť potrebné moduly. Patrí sem mod_cache, mod_cache_disk a mod_expires.

V systémoch založených na Debiane (napr. Ubuntu) môžete tieto moduly povoliť spustením nasledujúcich príkazov:

sudo a2enmod cache
sudo a2enmod cache_disk
sudo a2enmod expires
sudo systemctl restart apache2

Krok 2: Základná konfigurácia vyrovnávacej pamäte

Ukladanie do vyrovnávacej pamäte môžete konfigurovať v konfiguračnom súbore Apache (/etc/apache2/apache2.conf alebo v konfigurácii virtuálneho hostiteľa).

Tu je jednoduchá konfigurácia na ukladanie súborov do vyrovnávacej pamäte na 1 hodinu:

<IfModule mod_cache.c>
  CacheQuickHandler off
  CacheLock on
  CacheLockPath /tmp/mod_cache-lock
  CacheLockMaxAge 5
  CacheIgnoreHeaders Set-Cookie
</IfModule>

<IfModule mod_cache_disk.c>
  CacheRoot /var/cache/apache2/mod_cache_disk
  CacheEnable disk /
  CacheDirLevels 2
  CacheDirLength 1
</IfModule>

<FilesMatch "\.(html|css|js|png|jpg)$">
  ExpiresActive On
  ExpiresDefault "access plus 1 hour"
</FilesMatch>

V tejto konfigurácii:

• Povolíme ukladanie do vyrovnávacej pamäte na disk a špecifikujeme umiestnenie vyrovnávacej pamäte v priečinku /var/cache/apache2/mod_cache_disk.
• Pomocou ExpiresActive špecifikujeme, že súbory ako HTML, CSS, JavaScript a obrázky by sa mali ukladať do vyrovnávacej pamäte na 1 hodinu.

Krok 3: Jemné ladenie ukladania do vyrovnávacej pamäte

Ukladanie do vyrovnávacej pamäte môžete ďalej jemne doladiť pomocou ďalších hlavičiek, špecifických nastavení riadenia vyrovnávacej pamäte pre rôzne typy súborov alebo vylúčením dynamického obsahu.

<FilesMatch "\.(html)$">
  Header set Cache-Control "no-cache, no-store, must-revalidate"
</FilesMatch>

Vyššie uvedený príklad zabraňuje ukladaniu HTML súborov do vyrovnávacej pamäte, čo môže byť potrebné, ak sa HTML súbory často menia, zatiaľ čo iné aktíva sú uložené do vyrovnávacej pamäte.

Krok 4: Vylepšené riadenie vyrovnávacej pamäte pomocou mod_expires

Modul mod_expires vám umožňuje nastaviť špecifické časy vypršania platnosti pre rôzne typy obsahu na základe typov MIME. To poskytuje detailnejšie ovládanie nad tým, ako dlho by sa mali rôzne aktíva ukladať do vyrovnávacej pamäte.

Tu je komplexná konfigurácia používajúca mod_expires:

<IfModule mod_expires.c>
# Povoliť modul.
ExpiresActive on

# Nastavte predvolené časy vypršania platnosti.
ExpiresDefault "access plus 2 days"

# Definujte pravidlá vypršania platnosti pre špecifické typy MIME.
ExpiresByType image/jpg "access plus 1 month"
ExpiresByType image/gif "access plus 1 month"
ExpiresByType image/jpeg "access plus 1 month"
ExpiresByType image/png "access plus 1 month"
ExpiresByType text/javascript "access plus 1 month"
ExpiresByType application/javascript "access plus 1 month"
ExpiresByType application/x-shockwave-flash "access plus 1 month"
ExpiresByType text/css "now plus 1 month"
ExpiresByType image/ico "access plus 1 month"
ExpiresByType image/x-icon "access plus 1 month"
ExpiresByType text/html "access plus 600 seconds"
</IfModule>

V tomto príklade:

• Predvolený čas vypršania platnosti: Všetky zdroje, ktoré nie sú špecificky definované, vypršia po 2 dňoch.
• Špecifické typy MIME: Obrázky, JavaScript a CSS súbory sú uložené do vyrovnávacej pamäte na 1 mesiac. Súbory HTML sú však uložené do vyrovnávacej pamäte len na 600 sekúnd (10 minút). To je užitočné, ak chcete mať časté aktualizácie obsahu HTML a zároveň dlhšie ukladať statické aktíva do vyrovnávacej pamäte.