Уровни кэширования

Кэширование — временное сохранение данных, чтобы ускорить их повторное использование и уменьшить нагрузку на системы. Подробнее читать тут.

Уровни кэширования — места в цепочке передачи данных, где может происходить кэширование.

Клиентский кэш

Хранение данных на устройстве пользователя (например, в браузере) для ускорения доступа к часто запрашиваемым ресурсам.

Тип данных: статические (изображения, CSS, JavaScript).

Проблемы и решения:

устаревшие данные: использовать версии URL или кэш-бастинг (например, если файл style.css обновился, к URL добавить параметр style.css?v=2.0)
избыточное кэширование: уменьшить объем кэшируемых данных с помощью заголовков (например, Cache-Control: no-cache для динамических данных, ETag, Last-Modified)

Кэш на промежуточных узлах сети (например, CDN). Используется для уменьшения задержек и нагрузки на сервер.

Тип данных: статические (медиафайлы, страницы) и динамические (обработанные данные с учетом TTL).

Проблемы и решения:

несинхронизированные данные: регулярная инвалидация и настройка TTL. Стратегия «push» обновлений помогает предотвратить "протухания".
высокая нагрузка на основной сервер при обновлении: расширение сети PoP или многоуровневый кэш (узлы обновляют данные между собой).

Кэширование данных на сервере (например, в памяти или на диске) для ускорения обработки запросов.

Тип данных: динамические (результаты запросов, промежуточные вычисления).

применяется для часто запрашиваемых данных (например, результаты сложных вычислений)
примеры: Redis, Memcached
кэширование как статических, так и динамических данных

Проблемы и решения:

перезапись кэша и потеря данных: использовать алгоритмы управления кэшем, например, LRU (Least Recently Used). Или механизм TTL для периодической очистки.
конкуренция за память: настроить лимиты на использование памяти и использовать высокоэффективные структуры данных (например, Bloom filter) для снижения нагрузки на память.

Кэширование на уровне бизнес-логики приложения, где данные обрабатываются и сохраняются в памяти / специализированных хранилищах.

Тип данных: динамические (сессии, промежуточные результаты).

Проблемы и примеры решения:

избыточное кэширование: кэшировать только те данные, которые повышают производительность
неактуальные данные: введение стратегий инвалидации данных с учетом бизнес-логики (например, обновление данных после определенных изменений или событий).

Клиентский кэш: пользователь заходит на страницу, браузер загружает статические данные (стили, изображения) из локального кэша.
Сетевой кэш: если изображение товара нет в браузере, запрос идет в ближайший PoP-узел CDN, где оно кэшировано.
Серверный кэш: список товаров хранится в Redis, чтобы быстро предоставить данные без обращения к базе.
Уровень приложения: данные о сессии и предпочтениях пользователя сохраняются в памяти приложения.