Šta je caching i vrste keširanja

Šta je keširanje i zašto je važno

Keširanje ili caching je tehnika čuvanja kopije podataka na lokaciji odakle se mogu brže preuzeti umjesto da se svaki put generiraju ili dohvataju iz originalnog izvora. Zamislite keširanje kao pravljenje fotokopije dokumenta koji često koristite umjesto da svaki put idete u arhivu po original. U kontekstu web sajtova, keširanje dramatično ubrzava učitavanje stranica, smanjuje opterećenje servera i poboljšava korisničko iskustvo. Bez keširanja, svaki zahtjev za stranicom bi zahtijevao obradu PHP koda, upite u bazu podataka i generiranje HTML-a iz početka.

Keširanje funkcionira na principu privremenog skladištenja rezultata skupih operacija. Kada korisnik prvi put posjeti stranicu, server je generira kompletno i sačuva rezultat u keš. Svaki sljedeći korisnik dobija keširanu verziju koja se isporučuje za delić vremena. Tipična WordPress dinamicka stranica bez keša učitava se za 2 do 5 sekundi dok keširana verzija iste stranice može biti isporučena za 50 do 200 milisekundi, što je poboljšanje od 10 do 100 puta.

Browser keširanje

Kako funkcionira browser keš

Browser keširanje je najjednostavniji i najbliži oblik keširanja koji se dešava direktno na uređaju korisnika. Kada posjetite sajt, browser preuzima HTML, CSS, JavaScript, slike i fontove sa servera. Browser keš čuva ove fajlove lokalno tako da pri sljedećoj posjeti ne mora ponovo da ih preuzima sa servera. Ovo je razlog zašto drugi put kada posjetite sajt stranica učitava mnogo brže nego prvi put.

HTTP keš zaglavlja

Server kontrolira browser keširanje putem HTTP zaglavlja koja govore browseru koliko dugo da čuva određene fajlove. Cache-Control zaglavlje je najvažnije i može sadržati direktive poput max-age koja definira koliko sekundi browser treba da čuva fajl, no-cache koja kaže browseru da mora provjeriti sa serverom pre korištenja keša, no-store koja potpuno zabranjuje keširanje i public ili private koja određuje da li posrednici poput CDN-a smeju keširati sadržaj.

Expires zaglavlje je stariji način postavljanja keša koji definira tačan datum i vrijeme kada keš ističe. ETag zaglavlje je identifikator verzije fajla koji browser šalje serveru da provjeri da li se fajl promijenio. Ako se nije promijenio, server vraća 304 Not Modified odgovor bez sadržaja što štedi bandwidth. Last-Modified zaglavlje radi slično ali koristi datum posljednje izmjene umjesto identifikatora. U praksi, koristite Cache-Control sa max-age za statičke resurse i ETag za dinamički sadržaj.

Praktična konfiguracija

Za optimalno browser keširanje, postavite duge max-age vrijednosti za statičke resurse koji se retko mijenjaju. CSS i JavaScript fajlovi sa versionisanim imenima poput style.v2.css mogu imati max-age od godinu dana jer kada se sadržaj promjeni, promijenite ime fajla. Slike mogu imati max-age od 30 dana do godinu dana ovisno od toga koliko često ih mijenjate. HTML stranice treba da imaju kratak max-age ili no-cache jer se sadržaj češće mijenja. U Apache-u koristite mod_expires direktivu u htaccess fajlu a u Nginx-u expires direktivu u konfiguraciji.

Server keširanje

Opcode keširanje

PHP je interpretiran jezik što znači da se PHP kod prijevodi u mašinski kod svaki put kada se stranica učita. Opcode keširanje eliminira ovo ponavljanje tako što čuva prevedeni mašinski kod u memoriji. OPcache je ugrađeni PHP mehanizam za opcode keširanje koji dolazi sa PHP 5.5 i novijim verzijama. Kada je OPcache aktivan, PHP kod se prijevodi samo jednom a svaki sljedeći zahtjev koristi prethodno prevedeni kod iz memorije. Ovo može ubrzati PHP aplikacije za 2 do 5 puta bez ikakvih izmjena u kodu.

Full page keširanje

Full page keširanje ili page cache čuva kompletan HTML izlaz stranice tako da se PHP kod uopće ne izvršava za keširane zahtjeve. Ovo je najefektniji oblik keširanja za WordPress i slične CMS platforme jer eliminira sve PHP obradu i upite u bazu podataka. Server jednostavno isporučuje statički HTML fajl iz keša. Nginx FastCGI cache i Apache mod_cache su server-level rješenja dok WordPress plugini poput WP Super Cache i W3 Total Cache implementiraju page cache na aplikativnom nivou.

Konfiguracija server keša

Na Nginx serveru, fastcgi_cache direktiva definira keš zonu u memoriji, fastcgi_cache_valid postavlja koliko dugo keš važi za različite HTTP status kodove i fastcgi_cache_key definira ključ po kojem se keš identifikira obično kombinacijom metode zahtijeva, hosta i URI-ja. Važno je pravilno konfigurirati izuzetke tako da se POST zahtjevi, stranice sa kolačićima za prijavljene korisnike, admin stranice i stranice sa query parametrima ne keširaju. Na BeoHosting-u naši serveri koriste optimiziranu Nginx konfiguraciju sa FastCGI kešom za maksimalne performanse WordPress sajtova.

Object keširanje

Šta je object cache

Object keširanje čuva rezultate upita u bazu podataka i drugih skupih operacija u brzu memorijsku bazu podataka umjesto da se ti upiti izvršavaju iznova pri svakom učitavanju stranice. WordPress ima ugrađeni object cache mehanizam ali podrazumijevano čuva podatke samo tokom jednog zahtijeva. Sa persistent object cache rješenjem poput Redis-a ili Memcached-a, keširani objekti ostaju u memoriji između zahtijeva što dramatično smanjuje broj upita u bazu podataka.

Redis kao object cache

Redis je in-memory baza podataka koja čuva podatke u RAM memoriji sa opcionalnim perzistentnim čuvanjem na disku. Za WordPress, Redis Object Cache plugin povezuje WordPress object cache API sa Redis serverom. Tipičan WordPress sajt izvršava 50 do 200 upita u bazu podataka po stranici. Sa Redis object cache-om, većina ovih upita se eliminira jer se rezultati čitaju iz memorije koja je stotinama puta brža od diska. Redis podržava razne strukture podataka uključujući stringove, hasheve, liste, setove i sortirane setove što ga čini iznimno fleksibilnim.

Memcached alternativa

Memcached je još jedno popularno rješenje za object keširanje koje je jednostavnije od Redis-a ali dovoljno za većinu WordPress sajtova. Memcached čuva podatke isključivo u memoriji bez mogućnosti perzistentnog čuvanja što znači da se svi keširani podaci gube pri restartu servera. Prednost Memcached-a je niža potrošnja memorije po ključu i veoma stabilne performanse pod visokim opterećenjem. Za većinu sajtova, izbor između Redis-a i Memcached-a neće napraviti primetnu razliku u performansama.

Page keširanje za CMS

WordPress keširanje plugini

WordPress ekosistem nudi mnoštvo plugina za page keširanje sa različitim funkcionalnostima i kompleksnošću. WP Super Cache je najpopularniji besplatni plugin koji generira statičke HTML fajlove i služi ih direktno bez PHP obrade. W3 Total Cache je sveobuhvatnije rješenje koje kombinira page cache, browser cache, object cache i CDN integraciju ali je kompleksnije za konfiguraciju. WP Rocket je premium plugin koji nudi odličan balans između performansi i jednostavnosti sa automatskom konfiguracijom i naprednim optimizacijama.

Cache invalidacija

Najveći izazov keširanja je invalidacija - kako i kada obrisati zastareli keš. Ako objavite novi blog post ali keš prikazuje staru verziju početne stranice, posjetitelji neće videti novi sadržaj. Dobri keš plugini automatski brišu relevantne keš fajlove kada se sadržaj promjeni. Na primjer kada objavite novi post, treba obrisati keš početne stranice, stranice kategorije kojoj post pripada, stranice arhive po datumu i sitemap. Manualno čišćenje cijelog keša treba izbjegavati jer uzrokuje privremeni pad performansi dok se keš ponovo izgradi.

CDN keširanje

Kako funkcionira CDN

Content Delivery Network ili CDN je mreža servera raspoređenih po cijelom svijetu koji čuvaju kopije vašeg sajta i isporučuju sadržaj sa servera koji je geografski najbliži posjetitelju. Kada posjetitelj iz Tokija pristupa vašem sajtu hostiranom u Zagrebu, bez CDN-a zahtjev putuje preko oceana što dodaje 200 do 300 milisekundi kašnjenja. Sa CDN-om, sadržaj se isporučuje sa CDN servera u Tokiju ili bliskom regionu sa kašnjenjem od samo 10 do 30 milisekundi.

Popularni CDN servisi

Cloudflare CDN servis je najpopularniji CDN servis sa besplatnim planom koji uključuje CDN, DDoS zaštitu, SSL certifikat i osnovne optimizacije. Cloudflare ima preko 300 data centara širom svijeta uključujući lokacije u regionu poput Beča i Bukurešta. BunnyCDN je budžetski pristupačna alternativa sa plaćanjem po potrošnji i odličnim performansama. AWS CloudFront, Google Cloud CDN i Azure CDN su enterprise rješenja integrirana sa cloud platformama. Za WordPress sajtove, Cloudflare je najjednostavniji za postavljanje sa dedikovanim WordPress pluginom koji automatski čisti keš pri objavi sadržaja.

Edge keširanje

Moderni CDN-ovi nude edge computing mogućnosti gdje se logika aplikacije izvršava na CDN serverima umjesto na origin serveru. Cloudflare Workers, Vercel Edge Functions i AWS Lambda@Edge omogućavaju pokretanje koda na edge lokacijama za personalizaciju sadržaja, A/B testiranje, redirekcije i autentifikaciju bez komunikacije sa origin serverom. Edge keširanje kombinirano sa edge computing-om može isporučiti potpuno personalizirane stranice sa CDN brzinom što je revolucionarna promjena u web performansama.

Strategije keširanja

Cache-aside pattern

Cache-aside ili lazy loading je najčešći obrazac keširanja gdje aplikacija prvo provjerava keš za tražene podatke. Ako podaci postoje u kešu to se zove cache hit i vraćaju se odmah. Ako ne postoje to je cache miss i aplikacija dohvata podatke iz baze, čuva ih u keš i zatim vraća korisniku. Ovaj obrazac je jednostavan za implementaciju i dobro funkcionira za read-heavy aplikacije gdje se podaci čitaju mnogo češće nego što se mijenjaju.

Write-through i write-behind

Write-through obrazac upisuje podatke istovremeno u keš i u bazu podataka čime se jamče da je keš uvek ažuran ali se povećava latencija pisanja. Write-behind ili write-back obrazac upisuje podatke prvo u keš i asinhrono ih zapisuje u bazu podataka čime se smanjuje latencija pisanja ali postoji rizik od gubitka podataka ako server padne pre nego što se podaci zapišu u bazu. Za većinu web aplikacija, cache-aside sa pametnom invalidacijom je najbolji izbor jer balansira performanse i konzistentnost.

Zaključak

Keširanje je fundamentalna tehnika za performanse web sajta koja funkcionira na više nivoa od browsera do CDN-a. Browser keš eliminira nepotrebna preuzimanja statičkih resursa, server keš ubrzava generiranje dinamičkih stranica, object keš smanjuje opterećenje baze podataka, page keš eliminira PHP obradu a CDN keš približava sadržaj korisnicima širom svijeta. Kombinacija ovih tehnika može ubrzati vaš sajt za 10 do 100 puta i značajno poboljšati korisničko iskustvo. Na BeoHosting-u nudimo hosting optimiziran za performanse sa OPcache, Redis object cache i podrškom za CDN integraciju. Provjerite brzinu svog sajta.