Что значит кэшированные данные. Написание эффективного кода. Политика записи при кэшировании

Каждый человек, часто пользующийся различными гаджетами так или иначе встречался с понятиями «Кэш» и «Кэширование данных». Может быть он слышал об этих понятиях, может он даже знает, что они означают, но, даже если он слышит о них впервые, он всё равно уже имел опыт использования кэшированных данных, но не знает этого.

В этой статье мы подробно разберёмся в что такое кэшированные данные. Какое применение они нашли в смартфонах, каким целям служат и как с ними взаимодействовать. Можно ли удалять кэш и как это делать. Зачем это нужно делать и что будет если их не удалять.

Так что же такое кэш?

Кэшированные данные или кэш - это промежуточный буфер с быстрым доступом, в котором содержится информация, которая в любой момент может быть запрошена. Иными словами, кэш - это данные, которые сохраняются устройством в физической памяти с возможностью дальнейшего быстрого доступа.

Для того, чтобы понять это, рассмотрим кэширование на конкретном примере. Допустим, вы являетесь пользователем какой-либо социальной сети, зайдя в свою ленту новостей, вы увидели там новую красивую картинку с изображением горного пейзажа, но эта картинка очень долго не могла загрузиться.

Когда она наконец загрузилась, и вы налюбовались ей, то вы закрыли социальную сеть на своём смартфоне и ушли на некоторое время. Спустя час, вы снова открыли социальную сеть и в ленте новостей снова увидели эту же самую картинку. В этот раз картинка загрузилась гораздо быстрее.

Ускорение загрузки картинки во второй раз как раз и обусловлено кэшированием данных. Дело в том, что при первой загрузке картинка загружалась из интернета, что и потребовало время, но после того, как картинка загрузилась, устройство оставило о ней некоторые данные в виде кэша.

Эти данные и были использованы при второй загрузки. Что и привело к её ускорению. Этот пример кэширования данных очень часто встречается на практике, но обычно его не замечают.

Для чего используется кэширование данных

Как стало понятно из приведённого выше примера, кэширование данных приводит к увеличению скорости загрузки уже просмотренных страниц. Однако социальные сети в смартфоне далеко не единственный пример кэширования данных.

Кэш есть у каждого приложения, он также способствует его ускоренной загрузке.

Проблемы кэширования данных

Помимо неоспоримых плюсов у кэширования данных есть также и минусы. Главным минусом является то, что кэш занимает в памяти устройства. Эта проблема наиболее актуальна для смартфонов, не обладающих большими запасами памяти. Пользователь устройства может и не заметить, как у него закончится память.

Для смартфонов с большим запасом памяти кэширование данных может привести к тому, что приложения будут тормозить. Для решения этой проблемы можно очистить кэш приложения.

Как осуществляется удаление кэша приложения

Существует два метода, позволяющие избавиться от кэшированных данных приложения.

1. Ручной метод.
2. Автоматический метод.

Чтобы воспользоваться ручным методом, нужно зайти в настройки приложения, кэш которого хотите удалить, и путём нехитрых манипуляций очистить его кэш, однако у этого метода есть существенный недостаток, который заключён в том, что могут остаться другие кэшированные данные в другом месте.

Самый универсальный метод - это автоматический метод для того, чтобы им воспользоваться нужно скачать специализированное приложение, которых полно в интернете. Приложение само найдёт все источники кэшированных данных и удалит их. Этот метод не обладает существенными минусами, кроме того, что придётся устанавливать новое приложение.

К чему может привести удаление кэша

Удаление кэшированных данных не приведёт ни к каким страшным последствиям, оно лишь освободит место в памяти устройства.

Единственным отрицательным последствием является то, что скорость загрузки приложений может снизиться, но это продлится не долго, до того момента, когда создастся новый кэш.

Подведение итогов

Из всего сказанного выше становится ясно, что кэш или кэшированные данные - это данные, которые ваше устройство сохранило в своей памяти , чтобы увеличить скорость загрузки приложений.

Однако, память устройства не безгранична, и нужно следить за тем, чтобы кэшированные данные не занимали слишком много места. Для того, чтобы этого не случалось надо регулярно проводить чистку памяти устройства от мусора, что положительно сказывается на его стабильности и работоспособности.

Удаление кэшированных данных не способно каким-либо образом навредить системе, разве что замедлить загрузку приложений до создания новых кэшированных данных. В целом удаление кэша является полезной процедурой, которую нужно периодически проводить, чтобы поддерживать стабильность работы устройства.

Удаление кэша приложения может помочь в решении проблемы, связанной с работой этого приложения.

Диаграмма кэша памяти ЦПУ

Кэш - это память с большей скоростью доступа, предназначенная для ускорения обращения к данным, содержащимся постоянно в памяти с меньшей скоростью доступа (далее «основная память»). Кэширование применяется ЦПУ , жёсткими дисками , браузерами и веб-серверами .

Кэш состоит из набора записей. Каждая запись ассоциирована с элементом данных или блоком данных (небольшой части данных), которая является копией элемента данных в основной памяти. Каждая запись имеет идентификатор , определяющий соответствие между элементами данных в кэше и их копиями в основной памяти.

Когда клиент кэша (ЦПУ, веб-браузер, операционная система) обращается к данным, прежде всего исследуется кэш. Если в кэше найдена запись с идентификатором, совпадающим с идентификатором затребованного элемента данных, то используются элементы данных в кэше. Такой случай называется попаданием кэша . Если в кэше не найдено записей, содержащих затребованный элемент данных, то он читается из основной памяти в кэш, и становятся доступным для последующих обращений. Такой случай называется промахом кэша . Процент обращений к кэшу, когда в нём найден результат, называется уровнем попаданий или коэффициентом попаданий в кэш.

Например, веб-браузер проверяет локальный кэш на диске на наличие локальной копии веб-страницы, соответствующей запрошенному URL. В этом примере URL - это идентификатор, а содержимое веб-страницы - это элементы данных.

Если кэш ограничен в объёме, то при промахе может быть принято решение отбросить некоторую запись для освобождения пространства. Для выбора отбрасываемой записи используются разные алгоритмы вытеснения .

При модификации элементов данных в кэше выполняется их обновление в основной памяти. Задержка во времени между модификацией данных в кэше и обновлением основной памяти управляется так называемой политикой записи .

В кэше с немедленной записью каждое изменение вызывает синхронное обновление данных в основной памяти.

В кэше с отложенной записью (или обратной записью ) обновление происходит в случае вытеснения элемента данных, периодически или по запросу клиента. Для отслеживания модифицированных элементов данных записи кэша хранят признак модификации (изменённый или «грязный» ). Промах в кэше с отложенной записью может потребовать два обращения к основной памяти: первое для записи заменяемых данных из кэша, второе для чтения необходимого элемента данных.

В случае, если данные в основной памяти могут быть изменены независимо от кэша, то запись кэша может стать неактуальной . Протоколы взаимодействия между кэшами, которые сохраняют согласованность данных, называют протоколами когерентности кэша .

Кэш центрального процессора

Кэширование результатов работы

Многие программы записывают куда-либо промежуточные или вспомогательные результаты работы, чтобы не вычислять их каждый раз, когда они понадобятся. Это ускоряет работу, но требует дополнительной памяти (оперативной или дисковой). Примером такого кэширования является индексирование баз данных.

Недавно у меня был достаточно горячий конфликт с популярным PHP пакетом для электронной коммерции. В результате мне захотелось рассказать об одной распространенной ошибке в архитектуре веб приложений.

Пакет с которым я работал, интенсивно использовал кэширование. Он не мог отдавать более 10 страниц в секунду, если не были включены некоторые «опциональные» настройки кэша. Очевидно что с такой производительностью они на самом деле не опциональны, а обязательны.

Я думаю, что когда у Вас есть такой замечательный инструмент как memcached, так и хочется использовать его для решения любой проблемы с производительностью. Но во многих случаях он не должен быть первым инструментом который Вы пытаетесь использовать. И вот почему:

- Кэширование может работать не для всех пользователе й - Вы открываете страницу - она загружается быстро. Но так ли это для всех пользователей? Кэширование очень часто позволяет оптимизировать время загрузки для большинства посетителей, но часто в реальности Вам надо чтобы страница загружалась быстро для всех без исключения (если следовать принципу six sigma). На практике запрос может промахиваться мимо кэша всегда для одного и того же пользователя, что еще более усугубляет ситуацию (Прим. переводчика : Я знаю совершенно реальный случай, когда в электронном магазине кэш срабатывал для 99% процентов пользователей и не работал для 1% посетителей имевших длинную историю покупок, как результат магазин работал медленно как раз для активных покупателей).

- Кэширование может уводить Вас в сторону от решения проблемы - Вы смотрите на наиболее медленно загружающуюся страницу и пытаетесь ее оптимизировать. Но хитрость здесь в том, что в реальности проблема с производительностью может лежать в другой области (опять six sigma). Вы «залечиваете» проблему кэшируя, например, страницу целиком, но сама проблема с производительностью никуда не уходит и остается скрытой (Прим. переводчика : с тем чтобы всплыть на других страницах еще и еще и еще раз).

- Управление кэшем в реальности непростая задача - Вы когда-нибудь боролись с "убеганием кэша " или с ситуацией когда большое количество элементов кэша инвалидируются одновременно?

Альтернативный подход

Кэширование должно рассматриваться как бремя без которого многие приложения не могут жить. Вы должны пытаться избегать этого бремени до тех пор, пока не исчерпаете весь арсенал легко применимых способов оптимизации.

Что это за способы?

Перед тем как вводить оптимизацию убедитесь что Вы прошлись по этому достаточно простому списку:

- Вы понимаете план исполнения каждого запроса? Если нет, установите long_query_time=0 и используйте команду mk-query-digest, чтобы получить полный список запросов. Выполните для каждого из них EXPLAIN, проанализируйте план исполнения.

Вы используете SELECT * чтобы потом использовать только небольшой набор столбцов? Или вы выбираете из БД много строк, но используете только некоторые из них? Если это так - то вы выбираете слишком много данных, ограничивая оптимизацию уровня СУБД, такую например как использование индексов.

Знаете ли Вы сколько именно запросов Вы используете для генерации одной страницы? Все ли они действительно необходимы? Можно ли какие-то из этих запросов превратить в один запрос или вообще убрать? (Прим. переводчика : Очень распространенная проблема. Реально знаю случай когда на странице отображался список учеников в классе, а затем в цикле для каждого ученика запрашивалась дополнительная информация, включая название класса. После переделки количество запросов сократилось с 61 до 3-х).

Думаю что как вывод можно сказать: «Оптимизация очень редко уменьшает сложность приложения. Старайтесь избегать усложнения, за счет оптимизации только того, что действительно надо оптимизировать» - цитата со слайда Джастина - instrumentation-for-php .

С точки зрения долговременной перспективы, многим приложениям следует сохранять архитектуру простой и не поддаваться соблазну решать проблемы так «как это делают реальные пацаны».

Прим. переводчика : Совершенно реальный диалог произошедший не так давно:
- Так у нас проблемы с производительностью, надо добавить кэширование, вертикальное партиционирование и NoSQL DB для логинов
- Парни - я тут посмотрел EXPLAIN - у Вас fullscan запрос на 4,000 строк, я попробовал создать индекс- все ускорилось в 26 раз.

Несколько замечаний к переводу

1. Термин cache stampeding - я перевел как убегание кэша (был соблазн перевести как «просрачивание», но это было бы неправильно). Если коротко, это ситуация, когда например определенный запрос выполняется достаточно долго и результаты этого запроса кэшируются, когда затем эти данные рано или поздно уходят из кэша, и одновременно рендерится 10 страниц на которых эти данные нужны, то в БД отправляется 10 медленных запрсов, вместо одного. Обычно с этим борются пере запрашивая данные до того как они будут выкинуты из кэша. см например
2. Хочу обратить внимание, что в статье не говорится что кэшировать данные не надо. Их надо кэшировать, но только после того как Вы попробуете несколько простых способов оптимизации запросов к БД. Иными словами начинать надо с простого.

Что такое кэш? Можно ли очищать кэш приложений на телефоне андроиде? Да можно. Нужно ли очищать кэш на андроид? Нужно и ненужно.

Почему нужно и ненужно, и как поступать вам, определите, дочитав эту запись до конца, хотя принцип простой: очистив кеш получите больше памяти, но может снизится скорость доступа к данным.

Количество приложений, в большинство владельцев постоянно увеличивается. Иногда настолько велико, что приводит к замедлению системы.

Поэтому, вы должны избавляться от них периодически. В более новых версиях можете сделать это с помощью одной кнопки.

Зайдите в «Настройки», затем в закладку память, после чего в кэш данных. Вас спросят о том, хотите ли избавиться от всех данных.

Этот шаг можно настроить на периодическое автоматическое повторение, что должно помочь держать систему в хорошем состоянии.

Как работает кэш

Кэш память приложений в телефоне андроид является относительно небольшая по сравнению с объемом памяти смартфона или планшета?

Ее задача сократить время доступа для обработки данных и свести к минимуму нагрузку на оперативную память, чтобы сделать ее доступной для других устройств.

Она сокращает разрыва между ростом производительности и скоростью доступа к носителям данных.

Использование кэш памяти имеет два преимущества: сокращение времени доступа и более эффективного использования с помощью встроенного алгоритма интеллектуального хранения данных.

Контроллер памяти определяет последовательность часто повторяющихся операций и в ходе выполнения перехватывает их и заменяет данными из кэша.

Таким образом, процессор сохраняет долгий путь доступа к основной памяти. Цикл в кэше выполняется во много раз быстрее, чем если бы оно было взято из основной памяти.

Что случится если удалить кеш

Ничего не случится, если вы удалите кеш памяти. Она представляет собой набор данных, которые являются «калькой» исходных значений, хранящихся в другом месте.

Другими словами, кэш является временным хранилищем, где часто используемые данные и могут быть сохранены для быстрого доступа к ним.

Кэширование устройств андроид является технологией, основанной на подсистеме памяти. Основная цель ускорить ваш андроид, чтобы выполнять задачи гораздо быстрее.

Чтобы понять основную концепцию кэширования, посмотрите на простой пример работы библиотекаря.

Когда приходит первый клиент за книгой, библиотекарь идет на склад и возвращается к прилавку с книгой чтобы дать ее клиенту.

Позже, клиент возвращается, чтобы вернуть книгу. Библиотекарь берет книгу относит на склад, возвращается к прилавку и ждет другого клиента.

Давайте предположим, что следующему клиенту, понадобилась именно эта же книга. Библиотекарь должен вернуться на склад обратно, чтобы опять взять книгу, и отнести новому клиенту.

Согласно этой модели, библиотекарь должен делать полный путь, чтобы приносить каждую книгу. Давайте нацепим на библиотекаря кэш – дадим ему рюкзак, в котором он сможет хранить 10 книг.

В этот рюкзак, он будет ставить книги, которые возвращают клиенты — максимум 10. Теперь, когда придет другой клиент, все что потребуется от библиотекаря, это взять книгу из рюкзака и дать клиенту, поэтому клиент обслуживается быстрее.

Примерно все так работает и на телефоне андроид. Как видите от объёма и очистки также многое зависит – уменьшается скорость обслуживания, в нашем случае это производительность системы андроида.

Поэтому вывод такой: очищать кэш на андроиде можно, но нужно ли его очищать – решать только вам. Успехов.

Аннотация: Рассматриваются вопросы использования различных видов кэширования, поддерживаемых ASP.NET. Приводятся примеры применения кэширования на страницах ASP.NET приложения.

Цель лекции : изучить принципы использования кэширования при создании Web-приложений. На практических примерах рассмотреть возможности ASP . NET по организации различных видов кэширования как целых страниц, так и их частей.

Web-приложения целесообразно создавать в тех случаях, когда необходимы хорошие показатели масштабируемости и производительности. Количество пользователей таких приложений может достигать десятков и сотен тысяч. Каждое обращение пользователя может приводить к необходимости чтения и записи каких-либо данных на жесткие диски сервера. В тех случаях, когда некоторая часть информации является более востребованной, чем ее другие части, целесообразно использовать кэширование данных . Как известно, кэширование способно значительно ускорить работу как аппаратных, так и программных частей компьютера. Практически все современные устройства хранения и передачи данных используют кэш - память для ускорения работы за счет минимизации задержек, связанных с ожиданием окончания записи, чтения или передачи данных.

В ASP . NET кэширование - это способ ускорения работы за счет организации хранения в оперативной памяти сервера копий информации, создание которой связано с большими накладными расходами. Так, если пользователи постоянно запрашивают информацию, для получения которой необходимо выполнить достаточно громоздкую, сложную и длительную вычислительную процедуру, целесообразно будет выполнить ее один раз, записать результат ее выполнения в кэш и при обращении пользователей сразу выдавать результат. Понятно, что такой подход значительно ускорит процесс получения пользователями результата.

Но применение кэширования не только приводит к повышению производительности и масштабируемости, но и создает ряд проблем, которые необходимо знать и уметь их обходить. Одна из таких проблем - это то, что кэширование задействует оперативную память , которая никогда не бывает лишней. Если попытаться сохранить в оперативной памяти слишком много данных, операционная система сбрасывает лишние данные на диск , что может привести к замедлению работы всей системы в целом. Для управления этим процессом в ASP . NET реализован интеллектуальный механизм определения переполнения кэша, который основан на том, что при попытке записи в кэш данных, объем которых превышает доступный для кэша объем оперативной памяти, ASP . NET выборочно удалит из кэша часть данных для обеспечения максимальной общей производительности системы. Кроме того, при использовании механизмов кэширования необходимо помнить, что должен быть некий принцип, согласно которому будет осуществляться проверка обновления информации в кэше. Если данные таблицы базы данных или файла изменились, это может означать, что данные кэша устарели и их необходимо обновить. ASP . NET 2.0 предоставляет усовершенствованный механизм управления кэшированием , реализуя все необходимые элементы управления политикой кэширования. В частности, он позволяет управлять замещением информации, находящейся в кэше, управлять профилями кэшей, с помощью которых можно определить настройки кэширования для группы страниц, управлять хранением содержимого кэша в оперативной памяти и на жестких дисках, отслеживать изменения в исходных данных и удалять или объявлять недействительными кэшированные элементы.

Основы кэширования в ASP.NET

ASP . NET поддерживает два типа кэширования: кэширование данных и кэширование вывода . Рекомендуется использовать оба эти типа кэширования, т. к. это способно значительно повысить производительность приложения.

Кэширование данных управляется непосредственно из кода ASPNET-приложения, в котором разработчик сам определяет, какую информацию необходимо поместить в кэш . Страницы, к которым обращаются пользователи, могут проверять существование интересующей их информации в кэше, прежде чем выполнять шаги, необходимые для ее получения. В этом смысле кэширование можно сравнить с состоянием приложения, с той лишь разницей, что при невозможности сохранения данных в кэше они удаляются; кроме того, возможно настроить автоматическое удаление данных из кэша по истечении определенного времени.

Кэширование вывода позволяет сохранить копию сгенерированной HTML-страницы, отправленной клиенту. Таким образом, если еще один или несколько клиентов запросят у сервера ту же страницу, они получат ее копию из кэша.

Упомянутые виды кэширования стали основой для создания еще двух разновидностей.

• Кэширование фрагментов - позволяет сохранять в кэше лишь часть готового HTML-кода страницы. В основном это относится к пользовательским элементам управления.
• Кэширование источников данных - встроенный в объекты доступа к данным механизм кэширования данных, который запускается автоматически при использовании соответствующего элемента.

Рассмотрим основные аспекты применения кэширования в ASP . NET

Кэширование вывода

При использовании данного вида кэширования сгенерированный в результате выполнения приложения HTML-код сохраняется в памяти, и при повторном запросе этой же страницы клиенту передается уже сгенерированный ранее HTML-код.

В качестве демонстрации возможностей кэширования вывода воспользуемся хорошо известным примером вывода значения текущего времени и даты в окно браузера.

Создадим новое Web- приложение , откроем редактор кода страницы и введем следующую команду в обработчик события Page_Load :

Response.Write(DateTime.Now.ToString());

При запуске на страницу будет выводиться текущая дата и время. Если нажать кнопку "Обновить" в окне браузера, показания времени изменятся в соответствии с текущим значением системных часов.

Рис. 9.1.

Добавим данную страницу в кэш . Для этого добавим к файлу страницы директиву

<%@ OutputCache Duration="10" VaryByParam="None" %>

Атрибут Duration задает количество секунд, в течение которых необходимо хранить страницу в кэше. Параметр VaryByParam , равный значению None , устанавливает режим кэширования, при котором, независимо от дополнительных параметров, в кэше будет сохраняться только одна копия данной страницы.

Теперь при запуске приложения в окне браузера будет выведено текущее значение времени и дата, однако при попытке обновления страницы никаких изменений текущих значений происходить не будет в течение 10 секунд. При попытке обновления страницы по истечении 10 секунд обновится текущее значение времени, а также дата.

Несмотря на явное указание времени, в течение которого страница должна находиться в кэше, она может быть удалена из него ранее. Это может произойти в том случае, если для помещения в кэш нового элемента не хватает места. Благодаря такому механизму, реализованному в ASP .