Що таке кешування даних – визначення, види, типи та ін.

Кешування широко використовують розробники та ІТ-фахівці. При цьому, далеко не всі користувачі розуміють, що це таке, навіщо потрібно і для чого застосовується. Спробуємо розібратися у питанні та розкласти все по поличках.

Що таке кешування?

Це процес тимчасового зберігання даних у спеціально виділеній області пам’яті (кеші), щоб забезпечити швидкий доступ до них у майбутньому. Основна мета кешування – підвищення продуктивності та ефективності роботи програм чи систем за рахунок скорочення часу доступу до даних.

Принцип роботи кешу простий: коли програма чи система запитує певні дані, спочатку шукаються в кеші. Якщо вони знайдені в кеші, вони можуть бути повернуті одразу, без необхідності звертатися до джерела, що суттєво прискорює процес. Якщо дані відсутні в кеші, вони вилучаються з джерела та одночасно кешуються для майбутнього використання.

Кешування широко застосовується в різних сферах інформаційних технологій, включаючи веб-браузери, БД, операційні системи, мережеві протоколи і т.д.

Навіщо потрібно кешування даних?

Використовується для покращення продуктивності та ефективності роботи програм та систем. Ось кілька конкретних причин, з яких кешування корисне:

• Поліпшення швидкості доступу. Коли дані кешуються, вони зберігаються в більш швидкодіючій пам’яті, що дозволяє швидше отримувати доступ до них порівняно з зверненням до їх джерела (наприклад, до БД або мережевого сервера).
• Зниження навантаження ресурси. Кешування дозволяє знизити навантаження на ресурси системи, оскільки повторні запити до одних і тих же даних не вимагають звернення до джерела. Це особливо корисно в ситуаціях, коли навантаження на джерело високе, наприклад, у разі великої кількості запитів до БД.
• Поліпшення масштабованості. Кешування дозволяє справлятися зі зростанням навантаження на систему без збільшення її ресурсів. За рахунок швидкого доступу до кешованих даних, система може обробляти більше запитів з меншими витратами на обладнання або ресурси.
• Підвищення чуйності додатків. Завдяки прискореному доступу до даних з кешу користувачі можуть отримувати більш чуйний інтерфейс додатків та веб-сайтів, що сприяє покращенню досвіду користувача.
• Зниження витрат за передачу даних. У випадку мережевих програм кешування дозволяє знизити кількість даних, що передаються по мережі, за рахунок використання локальних копій кешу, що може заощадити пропускну здатність мережі і знизити затримки.

В цілому, кешування відіграє важливу роль в оптимізації роботи програм і систем, покращуючи їх продуктивність, знижуючи навантаження на ресурси і підвищуючи досвід користувача.

Типи кешу

Обидва типи належать до систем управління БД (СУБД):

1. Вбудований кеш (Inline Cache). Зазвичай є механізм кешування, вбудований безпосередньо в код або логіку роботи самої БД або системи їх управління. Цей тип кешу призначений для оптимізації продуктивності БД шляхом попереднього завантаження та тимчасового зберігання даних, що часто використовуються в оперативній пам’яті або іншому сховищі, доступному для СУБД. Вбудований кеш може автоматично оновлюватися та керуватися самою СУБД.
2. Окремий кеш (Separate Cache). Являє собою окреме сховище кешованих даних, яке може бути створене та кероване додатком або архітектурою системи над БД. Цей тип кешу часто використовується для кешування проміжних результатів запитів або будь-яких інших даних, які можуть бути корисні в рамках контексту програми, але не обов’язково зберігаються у самій БД. Керування окремим кешем здійснюється програмним забезпеченням або бібліотеками, які можуть надавати API для доступу до інформації кешу, керування його вмістом та життєвим циклом даних.

Обидва типи кешів мають свої переваги та недоліки, і вибір між ними залежить від конкретних вимог та обмежень програми або системи.

Види кешування

Залежно від специфіки завдання та вимог, існують різні види кешування:

• Часом (Time-based caching). Дані кешуються на певний час, після чого вони вважаються застарілими та потребують оновлення. Цей вид часто використовується для даних, які нечасто змінюються.
• На основі ключа (Key-based caching). Дані кешуються та зв’язуються з унікальним ключем запиту. Це дозволяє звертатися до кешованої інформації безпосередньо за ключем, що робить доступ до даних швидким.
• На основі запиту (Query caching). Результати виконання запитів кешуються, щоб уникнути виконання дорогих запитів повторно. Цей вид особливо корисний у системах БД.
• На боці сервера (Server-side caching). Виконується на сервері, перш ніж дані будуть надіслані клієнту. Це може включати кешування HTML-сторінок, API-запитів, зображень та інших ресурсів.
• На стороні клієнта (Client-side caching). Виконується на стороні клієнта (наприклад, веб-браузер). Клієнтські ресурси, такі як зображення, стилі CSS та скрипти JavaScript, можуть кешуватися, щоб уникнути повторного завантаження під час наступних запитів.
• На рівні програми (Application-level caching). Реалізовано на рівні програми, що дозволяє програмі швидко отримувати доступ до часто використовуваних даних або ресурсів без звернення до базових джерел.
• На рівні операційної системи (OS-level caching). Цей вид включає кешування на рівні операційної системи, що дозволяє прискорити доступ до даних, що знаходяться на диску, шляхом тимчасового зберігання їх в оперативній пам’яті.
• У пам’яті (In-memory caching). Дані кешуються безпосередньо в оперативній пам’яті, що забезпечує дуже швидкий доступ до них, оскільки оперативна пам’ять значно швидше, ніж доступ до інформації на диску.

У реальних програмах часто використовується комбінація різних методів для оптимізації продуктивності та прискорення доступу до даних.

Які дані можна кешувати?

Практично будь-які, до яких потрібний частий доступ. Ось деякі типи даних, які часто кешуються:

• Результати запитів БД. Результати запитів до БД – для швидкого доступу при повторних запитах із тими самими параметрами.
• Сторінки веб-сайтів. Кешування HTML, CSS, JavaScript та інших ресурсів веб-сайту допомагає прискорити завантаження сторінки для користувачів.
• Зображення та мультимедійні файли. Зображення, аудіо- та відеофайли – щоб прискорити завантаження при повторних запитах.
• API запити. Результати запитів до зовнішніх API (інтерфейсів програмування додатків) – зменшення затримок при повторному використанні тих самих запитів.
• Результати обчислень. У випадках, коли обчислення займають багато часу, результати цих обчислень для повторного використання без необхідності повторного виконання.
• Сесійні дані. Для веб-додатків сесійні дані, такі як стан авторизації користувача або інші налаштування користувача – для швидкого доступу без необхідності частого звернення до сховища сесій.
• Об’єкти, що часто використовуються, і змінні. У програмах та програмах різні об’єкти та змінні, які часто використовуються – для підвищення швидкості виконання програми.

Це лише кілька прикладів того, які дані можуть бути кешовані. Можливості кешування залежать від конкретних вимог програми та контексту використання.

У нашій організації за налаштування кешування відповідають мережеві інженери та архітектори в рамках надання послуги проектування та монтажу локальних мереж. Якщо ви не отримали відповіді на свої запитання після прочитання статті або хочете отримати докладнішу консультацію, зв’яжіться з нами прямо зараз.