Caching là gì? Các chiến lược caching cơ bản

Ngày nay, thông tin và dữ liệu tràn ngập mọi nơi, việc truy xuất và xử lý dữ liệu một cách nhanh chóng và hiệu quả trở thành một thách thức không nhỏ. Caching được biết đến như một giải pháp tối ưu để giải quyết vấn đề này. Trong bài viết dưới đây, cùng Techie tìm hiểu caching là gì và các chiến lược caching hiệu quả. 

Caching là gì?

Caching là một kỹ thuật được sử dụng để cải thiện hiệu suất của các ứng dụng web. Nói một cách đơn giản, caching liên quan đến việc lưu trữ dữ liệu hoặc nội dung được truy cập thường xuyên ở một vị trí lưu trữ tạm thời được gọi là cache. Điều này cho phép các ứng dụng web cung cấp nội dung cho người dùng nhanh hơn mà không cần phải tìm nạp nội dung đó từ nguồn ban đầu mỗi khi được yêu cầu.

Caching phù hợp với dữ liệu được truy cập thường xuyên mà không ảnh hưởng tiêu cực đến tính toàn vẹn của dữ liệu hoặc chức năng ứng dụng. Các trường hợp sử dụng caching phổ biến bao gồm phân phát các nội dung tĩnh như hình ảnh, tập lệnh, truy vấn cơ sở dữ liệu vào bộ nhớ đệm hoặc phản hồi API cũng như các trang hoặc nội dung trong bộ nhớ đệm cho các ứng dụng web động.

Caching hoạt động như thế nào?

Dữ liệu được lưu trong bộ nhớ đệm hoạt động bằng cách lưu trữ dữ liệu để truy cập lại vào bộ nhớ của thiết bị. Dữ liệu được lưu trữ ở vị trí cao trong bộ nhớ của máy tính, ngay bên dưới bộ xử lý trung tâm (CPU). Nó được lưu trữ trong một vài lớp, với cấp độ bộ nhớ đệm chính được tích hợp trong chip vi xử lý của thiết bị, sau đó có thêm hai cấp độ phụ cấp dữ liệu cho cấp độ chính.

Dữ liệu thường được lưu vào bộ nhớ đệm theo hai cách, thông qua cache của trình duyệt hoặc bộ nhớ hoặc thông qua CDN.

• Cache của trình duyệt và bộ nhớ: Bộ nhớ đệm lưu trữ dữ liệu cục bộ trên máy tính mà ứng dụng hoặc trình duyệt chạy trên đó. Khi trình duyệt hoạt động, tài nguyên mà nó truy xuất sẽ được lưu trữ trong bộ nhớ truy cập ngẫu nhiên (RAM) hoặc ổ cứng. Lần tiếp theo khi cần tài nguyên để tải trang web, trình duyệt sẽ lấy chúng từ bộ đệm thay vì máy chủ từ xa, điều này giúp truy xuất tài nguyên và tải trang nhanh hơn.
• CDN: Cache cũng là một công việc của CDN, lưu trữ dữ liệu ở các vị trí được phân bổ theo địa lý để giảm thời gian tải, xử lý lượng lưu lượng lớn và bảo vệ khỏi các cuộc tấn công mạng. Các yêu cầu của trình duyệt được chuyển đến CDN cục bộ, giúp rút ngắn khoảng cách di chuyển dữ liệu phản hồi và truyền tài nguyên nhanh hơn.

Các chiến lược caching là gì?

Cache-aside

Trong chiến lược này, ứng dụng chịu trách nhiệm quản lý bộ đệm. Khi dữ liệu được yêu cầu, ứng dụng sẽ kiểm tra bộ đệm trước. Nếu dữ liệu không có trong bộ đệm, nó sẽ được lấy từ cơ sở dữ liệu và được lưu trong bộ đệm để sử dụng trong tương lai. Chiến lược này đơn giản và linh hoạt, nhưng nó yêu cầu quản lý bộ nhớ đệm cẩn thận để đảm bảo rằng nó luôn được cập nhật.

Write-through

Dữ liệu được ghi vào cả bộ đệm và cơ sở dữ liệu cùng một lúc. Khi dữ liệu được cập nhật, nó sẽ được ghi đồng thời vào bộ đệm và cơ sở dữ liệu. Điều này đảm bảo rằng bộ đệm luôn chứa dữ liệu cập nhật nhưng nó có thể làm chậm hoạt động ghi.

Write behind

Trong chiến lược này, dữ liệu được ghi vào bộ nhớ đệm trước rồi vào cơ sở dữ liệu sau đó. Điều này cho phép thao tác ghi nhanh hơn nhưng có thể dẫn đến dữ liệu không nhất quán nếu bộ nhớ đệm không được quản lý đúng cách.

Read-through

Bộ đệm được sử dụng làm nguồn dữ liệu chính. Khi dữ liệu được yêu cầu, bộ đệm sẽ được kiểm tra trước tiên. Nếu dữ liệu không có trong bộ đệm, nó sẽ được lấy từ cơ sở dữ liệu và được lưu trong bộ đệm để sử dụng trong tương lai. Chiến lược này có thể hữu ích khi cơ sở dữ liệu chậm hoặc khi dữ liệu được đọc thường xuyên nhưng hiếm khi được cập nhật.

Các cách đo lường hiệu quả caching là gì?

Tính toán tốc độ truy cập cache

Tỷ lệ trúng bộ đệm là tỷ lệ phần trăm yêu cầu được phân phát từ bộ đệm thay vì kho lưu trữ dữ liệu phụ trợ. Tỷ lệ truy cập cao cho thấy chiến lược cache có hiệu quả trong việc giảm tải cho kho dữ liệu phụ trợ. Ngoài ra cũng có thể đo tỷ lệ trúng bằng cách chia số lượng yêu cầu được phân phối từ bộ đệm cho tổng số yêu cầu.

Phân tích tỷ lệ loại bỏ cache

Tỷ lệ xóa bộ nhớ đệm là tỷ lệ phần trăm các mục được lưu trong bộ nhớ đệm bị xóa khỏi bộ nhớ đệm do hết hạn hoặc được thay thế. Tỷ lệ trục xuất cao có thể cho thấy thời gian hết hạn bộ đệm quá ngắn hoặc kích thước bộ đệm quá nhỏ.

Giám sát tính nhất quán của dữ liệu

Tính nhất quán của dữ liệu là rất quan trọng trong bộ nhớ đệm. Nếu dữ liệu được lưu trong bộ nhớ đệm trở nên cũ hoặc lỗi thời, điều đó có thể dẫn đến kết quả không chính xác và ảnh hưởng đến tính toàn vẹn của ứng dụng của bạn. Bạn có thể theo dõi tính nhất quán của dữ liệu bằng cách so sánh dữ liệu được lưu trong bộ nhớ đệm với dữ liệu trong kho dữ liệu phụ trợ.

Xác định đúng thời gian hết hạn cache

Thời gian hết hạn của bộ nhớ đệm xác định khoảng thời gian dữ liệu được lưu trong bộ nhớ đệm có hiệu lực trước khi bị xóa khỏi bộ nhớ đệm. Thời gian hết hạn bộ đệm dài hơn có thể cải thiện tốc độ truy cập bộ đệm nhưng làm tăng nguy cơ dữ liệu cũ. Thời gian hết hạn bộ nhớ đệm ngắn hơn có thể giảm nguy cơ dữ liệu cũ nhưng giảm tốc độ truy cập bộ nhớ đệm.

Kết luận

Nắm rõ caching là gì và các chiến lược caching rất quan trọng để tối ưu hóa hiệu suất ứng dụng và cải thiện trải nghiệm người dùng. Việc sử dụng chiến lược cachin khác nhau, đo lường hiệu quả của bộ đệm và triển khai phương pháp phù hợp có thể giảm đáng kể thời gian tải trang, cải thiện hiệu suất tìm kiếm và nâng cao khả năng xử lý dữ liệu. Hiểu và triển khai các chiến lược bộ đệm là một thành phần quan trọng trong quá trình phát triển ứng dụng.

>> Xem thêm: Bộ nhớ đệm (cache) là gì? Cách xóa dữ liệu trên bộ nhớ