Co to jest cache

W dzisiejszym świecie szybkich połączeń internetowych i natychmiastowej wymiany informacji wydajność strony internetowej jest kluczowa dla jej sukcesu. Często zdarza się jednak, że witryny internetowe wczytują się zbyt długo, co może skutkować frustracją i zniechęceniem użytkowników. Na szczęście istnieje jedno narzędzie, które może znacząco przyspieszyć ładowanie stron internetowych – cache strony internetowej.

Definicja cache

Cache, czyli pamięć podręczna, to jedno z najważniejszych narzędzi używanych w dziedzinie informatyki i technologii internetowych. Słowo „cache” pochodzi z języka francuskiego i oznacza „ukrycie” lub „schowanie”. W kontekście stron internetowych odnosi się do przechowywania tymczasowych kopii danych w celu przyspieszenia ładowania stron.

Cache strony internetowej

Cache strony internetowej odgrywa kluczową rolę w procesie ładowania witryny. Kiedy odwiedzasz stronę po raz pierwszy, przeglądarka musi pobrać wszystkie zasoby, takie jak obrazy, arkusze stylów CSS, skrypty JavaScript itp., z serwera, co może zająć pewien czas. Jednak po pobraniu tych zasobów, przeglądarka zapisuje je w cache’u.

Kiedy następnym razem odwiedzasz tę samą stronę, przeglądarka sprawdza, czy posiada już zapisane kopie tych zasobów. Jeśli tak, to wczytuje je bezpośrednio z lokalnego dysku, co jest znacznie szybsze niż pobieranie ich z serwera. Dzięki temu proces ładowania strony staje się bardziej responsywny i efektywny.

Cache strony internetowej ma wpływ na sposób, w jaki serwer generuje odpowiedź oraz jak przeglądarka ją odbiera. Oto kilka kluczowych aspektów dotyczących wpływu cache’u na odpowiedź HTTP:

• Nagłówki Cache-Control: Serwer może wysyłać nagłówki Cache-Control w odpowiedzi, aby kontrolować, jak przeglądarka powinna przechowywać i obsługiwać dane w cache’u. Na przykład serwer ustawi Cache-Control na wartość „public”, co oznacza, że przeglądarka może przechowywać dane w cache’u i współdzielić je między różnymi użytkownikami.
• Kod odpowiedzi HTTP. Informuje on przeglądarkę o wyniku żądania. Jeśli serwer zwraca kod 200 (OK) w odpowiedzi na żądanie, przeglądarka może zapisać zasoby w cache’u, aby przyspieszyć przyszłe ładowanie strony. Natomiast jeśli serwer zwraca kod 304 (Not Modified), oznacza to, że zasoby w cache’u są aktualne i przeglądarka może je wczytać bez konieczności pobierania ich ponownie.
• Walidacja cache’u. Aby upewnić się, czy zasoby w cache’u są nadal aktualne, przeglądarka może wysłać do serwera zapytanie walidacyjne zawierające nagłówki If-Modified-Since lub If-None-Match. Jeśli serwer potwierdza, że zasoby w cache’u są aktualne, zwraca kod 304, w przeciwnym razie przesyła nową wersję zasobów.
• Czas życia cache’u. Serwer może ustawić czas życia (max-age) dla zasobów w nagłówku Cache-Control. Określa to, jak długo przeglądarka powinna przechowywać zasoby w cache’u przed wysłaniem zapytania walidacyjnego do serwera. Dzięki temu serwer może kontrolować, jak często przeglądarka powinna odświeżać zasoby w cache’u.

Zarządzanie cache’em

Istnieje kilka strategii i technik, które można zastosować, aby skutecznie zarządzać cache’em strony internetowej. Oto niektóre z najważniejszych.

• Ustawianie odpowiednich nagłówków cache. Serwer może kontrolować zachowanie cache’u, ustawiając odpowiednie nagłówki w odpowiedzi HTTP. Na przykład wspomniany już nagłówek „Cache-Control” może określać czas życia zasobów w cache’u, aby przeglądarka wiedziała, jak długo może korzystać z zapisanych kopii.
• Wykorzystywanie wersjonowania zasobów. Polega to na dołączaniu do nazwy plików unikalnych identyfikatorów, takich jak znaczniki czasowe lub hashe. Dzięki temu, gdy zasób zostanie zaktualizowany, jego nazwa ulegnie zmianie, co spowoduje, że przeglądarka pobierze nową wersję, zamiast korzystać z kopii w cache’u.
• Dynamiczne generowanie zasobów. Zamiast statycznie przechowywać zasoby na serwerze, można je generować dynamicznie na bazie parametrów żądania. W ten sposób zasoby mogą być dostosowane do konkretnego użytkownika. Unikamy w ten sposób przechowywania dużej liczby wersji zasobów w cache’u.
• Czyszczenie cache’u. W niektórych sytuacjach, na przykład po wprowadzeniu ważnych zmian na stronie, konieczne może być czyszczenie cache’u. Można to zrobić poprzez zmianę unikalnego identyfikatora zasobów, np. poprzez aktualizację wartości wersjonowania, co spowoduje, że przeglądarka pobierze nową wersję zasobów z serwera.
• Wykorzystywanie narzędzi. Istnieje wiele narzędzi i rozwiązań, które można zastosować w celu zoptymalizowania cache’u strony internetowej. Na przykład popularne platformy CMS (content management system) często oferują wbudowane mechanizmy cache’owania, które automatycznie zarządzają cache’em dla wydajności i szybkości ładowania stron.

Skuteczne zarządzanie cache’em strony internetowej ma kluczowe znaczenie dla poprawy wydajności, szybkości ładowania i doświadczeń użytkownika. Przynosi to korzyści zarówno dla użytkowników, jak i dla właścicieli witryny, zapewniając szybkie i responsywne przeglądanie stron internetowych.

Jak cache wpływa na szybkość ładowania strony

Szybkość ładowania strony internetowej ma ogromne znaczenie dla doświadczenia użytkownika. Cache strony internetowej odgrywa kluczową rolę w przyspieszaniu tego procesu. Dzięki przechowywaniu zasobów w cache’u przeglądarka może zaoszczędzić czas, który normalnie byłby potrzebny na pobranie tych zasobów z serwera.

• Redukcja czasu pobierania. Pobieranie zasobów, takich jak obrazy, arkusze stylów CSS czy skrypty JavaScript, może być czasochłonne. Gdy przeglądarka ma zapisane kopie tych zasobów w cache’u, może je wczytać lokalnie, eliminując potrzebę wysyłania żądania do serwera i pobierania danych. To znacznie skraca czas pobierania i przyspiesza ładowanie strony.
• Mniejsze obciążenie serwera. Dzięki cache’owaniu serwer może uniknąć generowania tych samych zasobów za każdym razem, gdy przeglądarka wysyła żądanie. Zamiast tego serwer może przekazywać zasoby bezpośrednio z cache’u, co redukuje obciążenie serwera i pozwala na obsługę większej liczby żądań jednocześnie.
• Redukcja czasu opóźnienia sieciowego. Wielu użytkowników odwiedza strony internetowe z różnych lokalizacji geograficznych, co może wpływać na czas opóźnienia sieciowego. Gdy zasoby są przechowywane w cache’u, przeglądarka może wczytać je bezpośrednio z lokalnego dysku, co eliminuje konieczność przesyłania danych przez sieć. To znacznie skraca czas opóźnienia i poprawia szybkość ładowania strony.

Dlaczego cache przyczynia się do redukcji obciążenia serwera

• Mniejsza liczba żądań. Kiedy zasoby są przechowywane w cache’u, przeglądarka nie musi wysyłać żądań do serwera za każdym razem, gdy użytkownik odwiedza stronę. To skutkuje mniejszą liczbą żądań kierowanych do serwera i znacznie zmniejsza obciążenie serwera oraz przyspiesza dostarczanie stron internetowych.
• Oszczędność zasobów serwera. Cache umożliwia serwerowi oszczędzanie zasobów, które normalnie byłyby zużywane na generowanie tych samych zasobów za każdym razem, gdy jest wysyłane żądanie. Dzięki cache’owaniu serwer może skupić się na obsłudze bardziej złożonych żądań i dostarczaniu dynamicznych treści, a nie na generowaniu statycznych zasobów, które mogą być ładowane z pamięci podręcznej przeglądarki.
• Szybsze ładowanie stron. Dzięki cache’owaniu strony internetowe mogą ładować się szybciej, co przekłada się na lepsze doświadczenie użytkownika. Skrócenie czasu pobierania zasobów i eliminacja opóźnień związanych z przesyłaniem danych z serwera pozwala na błyskawiczne wyświetlanie treści. To z kolei przyczynia się do zwiększenia zadowolenia użytkowników i obniżenia wskaźników opuszczenia strony.

Zarządzanie cache’em przeglądarki

Aby skutecznie zarządzać cache’em przeglądarki, warto wziąć pod uwagę:

• Ustawienia nagłówków cache. Poprawne skonfigurowanie nagłówków cache w odpowiedzi HTTP ma kluczowe znaczenie. Można ustawić odpowiednie wartości czasu życia (max-age) dla zasobów, aby kontrolować, jak długo mają być przechowywane w cache’u przeglądarki. Można również używać innych nagłówków, takich jak Etag czy Last-Modified, w celu lepszego zarządzania cache’em.
• Mechanizmy inwalidacji cache’u. W niektórych sytuacjach konieczne jest zaktualizowanie zawartości cache’u przeglądarki. Może to dotyczyć sytuacji, gdy dane zostały zmienione na serwerze lub gdy cache został naruszony. Istnieją różne metody inwalidacji cache’u, takie jak zmiana URL zasobu, wykorzystanie mechanizmu Cache-Control: no-cache czy korzystanie z mechanizmu programistycznego czyszczenia cache’u za pomocą JavaScript.
• Testowanie i monitorowanie. Ważne jest regularne testowanie i monitorowanie cache’u przeglądarki, aby upewnić się, że działa on zgodnie z oczekiwaniami. Można użyć narzędzi deweloperskich przeglądarki, takich jak narzędzia sieciowe lub rozszerzenia do przeglądarek, aby sprawdzić, czy zasoby są pobierane z cache’u, jakie są czasy ładowania i czy nagłówki cache są poprawnie skonfigurowane.
• Aktualizacja zasobów. Gdy zasoby na serwerze ulegają zmianie, istnieje potrzeba poinformowania przeglądarek o tym fakcie, aby mogły zaktualizować swoje cache. Można to osiągnąć poprzez modyfikację URL zasobów, dodanie wersjonowania do nazw plików lub wykorzystanie mechanizmów cache busting, takich jak dodanie losowego parametru do URL zasobu.
• Wieloplatformowość. Ważne jest uwzględnienie różnych przeglądarek i platform podczas zarządzania cache’em . Różne przeglądarki mogą mieć różne sposoby obsługi cache’u i warto to przetestować, aby upewnić się, że działa on poprawnie na wszystkich platformach.
• Edukacja użytkowników. Często użytkownicy nie są świadomi działania cache’u przeglądarki i wpływu, jaki ma on na ładowanie stron. Dlatego warto edukować ich na temat korzyści korzystania z cache’u przeglądarki i zachęcać do włączania tej funkcjonalności w przeglądarkach.

Cache serwera proxy

Serwer proxy działa jako pośrednik pomiędzy klientem a serwerem docelowym, a cache serwera proxy jest miejscem przechowywania skopiowanych zasobów, które mogą być udostępniane klientom bez konieczności wysyłania żądania do serwera docelowego. Wykorzystanie cache’u serwera proxy przyczynia się do przyspieszenia dostarczania treści klientom oraz redukcji obciążenia serwera docelowego.

Działanie cache’u serwera proxy

Cache serwera proxy działa na podobnej zasadzie jak cache przeglądarki, ale jest umieszczony na serwerze proxy, który pełni funkcję pośrednika pomiędzy klientem a serwerem docelowym. Gdy klient wysyła żądanie do serwera, serwer proxy sprawdza, czy poszukiwane zasoby znajdują się w jego cache’u.

Jeśli zasób jest obecny w cache’u serwera proxy i nie wygasł jego czas życia (TTL), serwer proxy może natychmiast dostarczyć go klientowi bez konieczności wysyłania żądania do serwera docelowego. To znacznie przyspiesza dostarczanie treści, ponieważ zasoby są już dostępne na serwerze proxy.

Jeśli zasób nie jest obecny w cache’u serwera proxy lub wygasł jego czas życia, serwer proxy wysyła żądanie do serwera docelowego w celu pobrania zasobu. Następnie pobrany zasób jest zapisywany w cache’u serwera proxy i może być wykorzystywany w przyszłości przez inne żądania klientów.

Zalety cache serwera proxy są takie same jak w przypadku cache przeglądarki:

• szybkość dostarczania treści
• redukcja obciążenia serwera docelowego
• oszczędność przepustowości sieciowej
• redukcja opóźnień sieciowych
• lepsza wydajność witryny.

Konfiguracja i zarządzanie cache’em serwera proxy

Aby skutecznie wykorzystać cache serwera proxy, należy wziąć pod uwagę:

• konfigurację cache’u serwera proxy, czyli czynników takich jak rozmiar cache’u, czas życia zasobów (TTL), zasady odświeżania cache’u i mechanizmy związane z obsługą zasobów niestandardowych
• zarządzanie zawartością cache’u – regularne zarządzanie zawartością cache’u serwera proxy, usuwanie przestarzałych zasobów i ich aktualizowanie, dbanie o odpowiednią wydajność i pojemność cache’u,
• czyszczenie cache’u, gdy zasoby są nieaktualne, błędne lub naruszone; czyszczenie może być ręczne albo automatyczne na podstawie czasu lub zdarzeń,
• testowanie i optymalizację – należy przeprowadzić testy wydajnościowe, sprawdzając czas dostarczania zasobów z cache’u oraz wydajność serwera proxy pod obciążeniem; w oparciu o wyniki testów można dostosować parametry cache’u, takie jak rozmiar, TTL czy zasady odświeżania, aby zoptymalizować działanie cache’u i osiągnąć najlepsze rezultaty,
• zabezpieczenia – zasoby przechowywane w cache’u mogą być dostępne dla innych użytkowników, co może prowadzić do wycieku poufnych informacji; w związku z tym ważne jest odpowiednie zabezpieczenie w postaci kontroli dostępu, szyfrowania czy walidacji zasobów przed umieszczeniem ich w cache’u,
• współpracę z innymi rodzajami cache’u, np. cache przeglądarki, co może przynieść jeszcze lepsze rezultaty.

Poprawne skonfigurowanie i zarządzanie cache’em serwera proxy może przynieść znaczące korzyści dla witryny, poprawiając wydajność, dostępność i responsywność. Przy odpowiedniej konfiguracji i optymalizacji cache serwera proxy może być kluczowym elementem w procesie optymalizacji wydajności witryny internetowej.

Konfiguracja nagłówków HTTP

Przyjrzymy się kilku ważnym nagłówkom HTTP, które mogą być wykorzystane do skonfigurowania cache’u w celu uzyskania optymalnej wydajności strony.

Nagłówek „Cache-Control”

Przez ustawienie odpowiednich wartości w nagłówku „Cache-Control”, można określić, jak długo zasoby mają być przechowywane w cache’u oraz w jaki sposób mają być odświeżane.

• Wartość public wskazuje, że zasoby mogą być przechowywane w cache’u zarówno na poziomie przeglądarki, jak i serwera proxy. Jest to przydatne, gdy zasoby są publicznie dostępne i niezależne od konkretnego użytkownika.
• Wartość private wskazuje, że zasoby mogą być przechowywane jedynie na poziomie przeglądarki i nie powinny być cache’owane przez serwery proxy. Jest to przydatne, gdy zasoby są związane z konkretnym użytkownikiem i mają charakter poufny.
• Wartość no-store wskazuje, że zasoby nie powinny być przechowywane w cache’u. Za każdym razem, gdy użytkownik wysyła żądanie, zasoby muszą być pobierane na nowo. Jest to przydatne, gdy zasoby są dynamiczne i często się zmieniają.
• Wartość max-age określa, jak długo zasoby mogą być przechowywane w cache’u przed ich odświeżeniem. Jest to wyrażone w sekundach. Na przykład, „Cache-Control: max-age=3600” oznacza, że zasoby będą ważne przez godzinę przed odświeżeniem.

Nagłówek „Expires”

Nagłówek ten jest używany do określenia daty i czasu wygaśnięcia zasobu w cache’u. Jest to starsza metoda kontroli cache’u, która jest nadal obsługiwana przez przeglądarki, choć zaleca się nagłówek „Cache-Control”.

Wartość w nagłówku Expires powinna być podana jako data i czas w przeszłości, kiedy zasobu mają wygasnąć. Na przykład, „Expires: Sat, 01 Jan 2023 12:00:00 GMT” oznacza, że zasoby wygasną o godzinie 12:00 w dniu 1 stycznia 2023 roku.

Należy jednak pamiętać, że nagłówek „Expires” może przyczyniać się do problemów, gdyż wymaga dokładnego ustawienia daty i czasu. Jeśli na serwerze zostanie zmieniona data lub czas, może to prowadzić do nieoczekiwanego zachowania cache’u.

Nagłówek „ETag”

Nagłówek jest używany do identyfikacji unikalnej wersji zasobu. Każda zmiana w zasobie powoduje zmianę wartości w nagłówku „ETag”. Przeglądarki mogą używać nagłówka „ETag” do sprawdzenia, czy kopia zasobu w cache’u jest aktualna.

W przypadku gdy przeglądarka wysyła żądanie o zasób, może dołączyć nagłówek „If-None-Match” z wartością nagłówka „ETag”, który jest przechowywany w cache’u. Jeśli nagłówek „ETag” odpowiada bieżącej wersji zasobu, serwer może odpowiedzieć nagłówkiem „304 Not Modified”, co oznacza, że zasób w cache’u jest aktualny i nie ma potrzeby pobierania go na nowo.

Nagłówek „Vary”

Jest używany do określenia, które nagłówki powinny być brane pod uwagę przy sprawdzaniu zgodności cache’u. Na przykład, jeśli jest ustawiony nagłówek „Vary: Accept-Encoding”, oznacza to, że cache powinien uwzględniać różne wersje zasobu w zależności od wartości nagłówka „Accept-Encoding” wysłanego przez przeglądarkę.

Nagłówek „Vary” jest szczególnie przydatny w przypadku cache’owania treści dynamicznych, które mogą mieć różne warianty w zależności od nagłówków żądania.

Kontrola i czyszczenie cache

Czasami może być konieczne kontrolowanie i czyszczenie cache’u w celu zapewnienia aktualności i poprawności wyświetlanych treści. Oto różne metody kontroli cache’u i czyszczenia go w przeglądarkach.

Odświeżanie strony

Najprostszym sposobem na kontrolę cache’u jest odświeżenie strony w przeglądarce. Kliknięcie przycisku Odśwież lub naciśnięcie skrótu klawiaturowego F5 powoduje ponowne pobranie wszystkich zasobów strony, nawet jeśli są one już przechowywane w cache’u.

Prywatne okno lub tryb incognito

Kolejnym sposobem na kontrolę cache’u jest korzystanie z prywatnego okna przeglądarki lub trybu incognito. W takim trybie przeglądarka nie przechowuje informacji o odwiedzanych stronach ani zasobach w cache’u. Każde otwarcie nowej karty lub strony powoduje pobranie zasobów na nowo, co gwarantuje aktualność treści.

Wykorzystanie narzędzi deweloperskich

Większość nowoczesnych przeglądarek oferuje narzędzia deweloperskie, które umożliwiają kontrolowanie i czyszczenie cache’u. W narzędziach deweloperskich można znaleźć zakładki związane z cache’em, takie jak Application lub Storage. W tych zakładkach można przeglądać zawartość cache’u, usuwać konkretne zasoby lub całkowicie wyczyścić cache.

Nagłówki HTTP

Jak już wcześniej omówiono, nagłówki HTTP, takie jak „Cache-Control” i „Expires”, umożliwiają kontrolowanie cache’u na poziomie serwera. Poprzez odpowiednie ustawienie tych nagłówków, można określić, jak długo zasoby mają być przechowywane w cache’u oraz kiedy mają być odświeżane. Jeśli konieczne jest natychmiastowe odświeżenie zasobów, można użyć nagłówka „Cache-Control: no-cache” lub „Pragma: no-cache”.

Czyszczenie cache’u

Czasami konieczne jest całkowite wyczyszczenie cache’u przeglądarki. Może to być konieczne w przypadku problemów z wyświetlaniem treści, nieaktualnych danych lub konieczności odświeżenia wszystkich zasobów. Większość przeglądarek oferuje opcję czyszczenia cache’u w ustawieniach przeglądarki. W zależności od przeglądarki opcja ta może być dostępna w ustawieniach lub narzędziach przeglądarki. Przykładowe sposoby czyszczenia cache’u w popularnych przeglądarkach to:

• Google Chrome. W menu przeglądarki przejdź do sekcji Ustawienia, a następnie wybierz Historia lub Prywatność i bezpieczeństwo. Tam znajdziesz opcję Wyczyść dane przeglądania. Możesz zaznaczyć opcję Pamięć podręczna lub Cache i kliknąć przycisk Wyczyść dane.
• Mozilla Firefox. W menu przeglądarki przejdź do sekcji Opcje lub Preferencje, a następnie wybierz Prywatność i zabezpieczenia. Tam znajdziesz opcję Wyczyść dane przeglądania lub Wyczyść historię. Możesz zaznaczyć opcję Pamięć podręczna lub Cache i kliknąć przycisk Wyczyść teraz.
• Microsoft Edge. W menu przeglądarki przejdź do sekcji Ustawienia, a następnie wybierz Prywatność, wyszukiwanie i usługi. Przewiń w dół i kliknij opcję Wyczyść dane przeglądania. Możesz zaznaczyć opcję Pamięć podręczna lub Cache i kliknąć przycisk Wyczyść.
• Safari. W menu przeglądarki przejdź do sekcji Safari i wybierz Wyczyść historię. Wybierz zakres czasu, który chcesz wyczyścić, a następnie kliknij przycisk Wyczyść historię.

Automatyczne czyszczenie cache’u

Aby uniknąć konieczności ręcznego czyszczenia cache’u, można skonfigurować przeglądarkę lub narzędzia proxy w taki sposób, aby automatycznie czyściły cache po określonym czasie lub przy każdym zamknięciu przeglądarki. W ustawieniach przeglądarki lub narzędzi proxy można znaleźć opcje dotyczące automatycznego czyszczenia cache’u albo historii.

Czyszczenie cache’u na poziomie serwera

W niektórych sytuacjach, szczególnie w przypadku serwerów i aplikacji internetowych, konieczne może być czyszczenie cache’u na poziomie serwera. W takim przypadku można skorzystać z narzędzi lub metod dostępnych dla danego systemu czy frameworka, aby wyczyścić i zaktualizować cache.

Problemy z cache przeglądarki

1. Jednym z głównych problemów z cache’em przeglądarki jest przechowywanie przestarzałych zasobów. Jeśli strona internetowa została zaktualizowana, a nowa wersja zasobów została wgrana na serwer, przeglądarka może nadal wyświetlać starsze, przechowywane w cache’u kopie zasobów. To prowadzi do niezgodności między treścią strony a wyświetlanymi zasobami.
2. Kolejnym problemem związanym z cache’em jest błąd cache’owania. Może wystąpić, gdy przeglądarka zapisuje nieprawidłowe lub niekompletne zasoby w cache’u. Przykładowo, jeśli podczas ładowania strony wystąpił błąd sieciowy lub serwerowy, przeglądarka może zapisać część zasobów w cache’u, co powoduje nieprawidłowe wyświetlanie strony w przyszłości.
3. Innym problemem jest cache, który nie odświeża się poprawnie. W przypadku gdy strona internetowa ma ustawione odpowiednie nagłówki cache’u, przeglądarka powinna odświeżać zasoby, gdy ich wygaśnięcie nastąpi. Jednak czasami cache nie odświeża się automatycznie, co prowadzi do wyświetlania nieaktualnych treści.
4. Kiedy cache przeglądarki przechowuje zbyt dużą liczbę zasobów lub zbyt duże pliki, może to prowadzić do spowolnienia wydajności przeglądania stron. Duża pamięć cache’u zajmuje miejsce na dysku i powoduje dłuższe czasy ładowania stron. Może to być szczególnie problematyczne na urządzeniach z ograniczoną przestrzenią dyskową.

Podsumowanie

Cache jest niezwykle ważnym elementem optymalizacji i wydajności stron internetowych. Odpowiednie wykorzystanie przyczynia się do poprawy wydajności strony, skrócenia czasu ładowania oraz zwiększenia zadowolenia użytkowników. Jednocześnie należy pamiętać o kontrolowaniu i czyszczeniu cache’u, aby zapewnić aktualność i dokładność wyświetlanych treści.