Kaj je predpomnjenje in vrste predpomnjenja

Kaj je predpomnjenje in zakaj je pomembno

Predpomnjenje ali caching je tehnika shranjevanja kopije podatkov na lokaciji, od koder jih je mogoče hitreje pridobiti, namesto da bi se vsakič znova generirali ali pridobivali iz izvornega vira. Predstavljajte si predpomnjenje kot izdelavo fotokopije dokumenta, ki ga pogosto uporabljate, namesto da bi vsakič šli v arhiv po original. V kontekstu spletnih strani predpomnjenje dramatično pospeši nalaganje strani, zmanjša obremenitev strežnika in izboljša uporabniško izkušnjo. Brez predpomnjenja bi vsaka zahteva za stran zahtevala obdelavo PHP kode, poizvedbe v bazo podatkov in generiranje HTML od začetka.

Predpomnjenje deluje na principu začasnega shranjevanja rezultatov dragih operacij. Ko uporabnik prvič obišče stran, jo strežnik generira v celoti in rezultat shrani v predpomnilnik. Vsak naslednji uporabnik dobi predpomnjeno različico, ki se dostavi v delčku časa. Tipična WordPress dinamična stran brez predpomnilnika se naloži v 2 do 5 sekundah, medtem ko je predpomnjena različica iste strani lahko dostavljena v 50 do 200 milisekundah, kar je izboljšanje od 10- do 100-krat.

Predpomnjenje v brskalniku (browser caching)

Kako deluje predpomnilnik brskalnika

Predpomnjenje v brskalniku je najpreprostejša in najbližja oblika predpomnjenja, ki se zgodi neposredno na napravi uporabnika. Ko obiščete spletno stran, brskalnik s strežnika prenese HTML, CSS, JavaScript, slike in pisave. Predpomnilnik brskalnika te datoteke shrani lokalno, tako da jih pri naslednjem obisku ni treba znova prenesti s strežnika. To je razlog, zakaj se stran ob drugem obisku naloži veliko hitreje kot prvič.

HTTP glave za predpomnjenje

Strežnik nadzoruje predpomnjenje v brskalniku prek HTTP glav, ki brskalniku povedo, kako dolgo naj hrani določene datoteke. Glava Cache-Control je najpomembnejša in lahko vsebuje direktive, kot je max-age, ki določa, koliko sekund naj brskalnik hrani datoteko, no-cache, ki brskalniku pove, da mora pred uporabo predpomnilnika preveriti pri strežniku, no-store, ki popolnoma prepoveduje predpomnjenje, ter public ali private, ki določa, ali smejo posredniki, kot je CDN, predpomniti vsebino.

Glava Expires je starejši način nastavljanja predpomnilnika, ki določa točen datum in čas, ko predpomnilnik poteče. Glava ETag je identifikator različice datoteke, ki ga brskalnik pošlje strežniku, da preveri, ali se je datoteka spremenila. Če se ni spremenila, strežnik vrne odgovor 304 Not Modified brez vsebine, kar prihrani pasovno širino. Glava Last-Modified deluje podobno, vendar namesto identifikatorja uporablja datum zadnje spremembe. V praksi za statične vire uporabite Cache-Control z max-age, za dinamično vsebino pa ETag.

Praktična konfiguracija

Za optimalno predpomnjenje v brskalniku nastavite dolge vrednosti max-age za statične vire, ki se redko spreminjajo. CSS in JavaScript datoteke z verzioniranimi imeni, kot je style.v2.css, lahko imajo max-age enega leta, saj ob spremembi vsebine spremenite ime datoteke. Slike imajo lahko max-age od 30 dni do enega leta, odvisno od tega, kako pogosto jih spreminjate. HTML strani naj imajo kratek max-age ali no-cache, ker se vsebina pogosteje spreminja. V Apacheju uporabite direktivo mod_expires v datoteki htaccess, v Nginxu pa direktivo expires v konfiguraciji.

Predpomnjenje na strežniku (server caching)

Opcode predpomnjenje

PHP je interpretiran jezik, kar pomeni, da se PHP koda prevede v strojno kodo vsakič, ko se stran naloži. Opcode predpomnjenje to ponavljanje odpravlja tako, da prevedeno strojno kodo hrani v pomnilniku. OPcache je vgrajen PHP mehanizem za opcode predpomnjenje, ki je na voljo od PHP 5.5 in novejših različic. Ko je OPcache aktiven, se PHP koda prevede le enkrat, vsaka naslednja zahteva pa uporabi predhodno prevedeno kodo iz pomnilnika. To lahko PHP aplikacije pospeši od 2- do 5-krat brez kakršnih koli sprememb v kodi.

Predpomnjenje celotne strani (full page cache)

Predpomnjenje celotne strani ali page cache shrani celoten HTML izpis strani, tako da se PHP koda za predpomnjene zahteve sploh ne izvede. To je najučinkovitejša oblika predpomnjenja za WordPress in podobne CMS platforme, saj odpravlja vso PHP obdelavo in poizvedbe v bazo podatkov. Strežnik preprosto dostavi statično HTML datoteko iz predpomnilnika. Nginx FastCGI cache in Apache mod_cache sta rešitvi na ravni strežnika, medtem ko WordPress vtičniki, kot sta WP Super Cache in W3 Total Cache, page cache izvajajo na aplikacijski ravni.

Konfiguracija strežniškega predpomnilnika

Na strežniku Nginx direktiva fastcgi_cache definira cono predpomnilnika v pomnilniku, fastcgi_cache_valid določa, kako dolgo velja predpomnilnik za različne HTTP statusne kode, fastcgi_cache_key pa določa ključ, po katerem se predpomnilnik identificira, običajno s kombinacijo metode zahteve, gostitelja in URI. Pomembno je pravilno konfigurirati izjeme, tako da se POST zahteve, strani s piškotki za prijavljene uporabnike, admin strani in strani z query parametri ne predpomnijo. Na BeoHosting naši strežniki uporabljajo optimizirano Nginx konfiguracijo s FastCGI predpomnilnikom za maksimalno zmogljivost WordPress strani.

Object predpomnjenje

Kaj je object cache

Object predpomnjenje hrani rezultate poizvedb v bazo podatkov in drugih dragih operacij v hitri pomnilniški bazi podatkov, namesto da bi se te poizvedbe izvajale znova pri vsakem nalaganju strani. WordPress ima vgrajen mehanizem object cache, vendar privzeto hrani podatke le med eno zahtevo. Z rešitvijo trajnega object predpomnilnika, kot sta Redis ali Memcached, predpomnjeni objekti ostanejo v pomnilniku med zahtevami, kar dramatično zmanjša število poizvedb v bazo podatkov.

Redis kot object cache

Redis je in-memory baza podatkov, ki podatke hrani v RAM pomnilniku z izbirnim trajnim shranjevanjem na disk. Za WordPress vtičnik Redis Object Cache poveže WordPress object cache API z Redis strežnikom. Tipična WordPress stran izvede 50 do 200 poizvedb v bazo podatkov na stran. Z Redis object cache se večina teh poizvedb odpravi, saj se rezultati berejo iz pomnilnika, ki je stokrat hitrejši od diska. Redis podpira različne podatkovne strukture, vključno z nizi, hashi, seznami, množicami in urejenimi množicami, zaradi česar je izjemno prilagodljiv.

Alternativa Memcached

Memcached je še ena priljubljena rešitev za object predpomnjenje, ki je preprostejša od Redisa, vendar zadostna za večino WordPress strani. Memcached podatke hrani izključno v pomnilniku brez možnosti trajnega shranjevanja, kar pomeni, da se vsi predpomnjeni podatki ob ponovnem zagonu strežnika izgubijo. Prednost Memcached je nižja poraba pomnilnika na ključ in zelo stabilna zmogljivost pod veliko obremenitvijo. Za večino strani izbira med Redisom in Memcached ne bo naredila opazne razlike v zmogljivosti.

Page predpomnjenje za CMS

WordPress vtičniki za predpomnjenje

WordPress ekosistem ponuja množico vtičnikov za page predpomnjenje z različnimi funkcionalnostmi in kompleksnostjo. WP Super Cache je najbolj priljubljen brezplačni vtičnik, ki generira statične HTML datoteke in jih servira neposredno brez PHP obdelave. W3 Total Cache je celovitejša rešitev, ki združuje page cache, browser cache, object cache in CDN integracijo, vendar je za konfiguracijo kompleksnejša. WP Rocket je premium vtičnik, ki ponuja odlično ravnovesje med zmogljivostjo in preprostostjo s samodejno konfiguracijo in naprednimi optimizacijami.

Invalidacija predpomnilnika

Največji izziv predpomnjenja je invalidacija - kako in kdaj izbrisati zastarel predpomnilnik. Če objavite novo objavo na blogu, predpomnilnik pa prikazuje staro različico domače strani, obiskovalci ne bodo videli nove vsebine. Dobri vtičniki za predpomnjenje samodejno brišejo ustrezne datoteke predpomnilnika, ko se vsebina spremeni. Na primer, ko objavite novo objavo, je treba izbrisati predpomnilnik domače strani, strani kategorije, kateri objava pripada, strani arhiva po datumu in sitemap. Ročnemu čiščenju celotnega predpomnilnika se izogibajte, saj povzroči začasen padec zmogljivosti, dokler se predpomnilnik znova ne zgradi.

CDN predpomnjenje

Kako deluje CDN

Content Delivery Network ali CDN je mreža strežnikov, razporejenih po vsem svetu, ki hranijo kopije vaše spletne strani in dostavljajo vsebino s strežnika, ki je geografsko najbližji obiskovalcu. Ko obiskovalec iz Tokia dostopa do vaše spletne strani, gostovane v Beogradu, zahteva brez CDN potuje čez ocean, kar doda 200 do 300 milisekund zakasnitve. S CDN se vsebina dostavi s CDN strežnika v Tokiu ali bližnji regiji z zakasnitvijo le 10 do 30 milisekund.

Priljubljene CDN storitve

Storitev Cloudflare CDN je najbolj priljubljena CDN storitev z brezplačnim načrtom, ki vključuje CDN, zaščito pred DDoS, SSL certifikat in osnovne optimizacije. Cloudflare ima več kot 300 podatkovnih centrov po vsem svetu, vključno z lokacijami v regiji, kot sta Dunaj in Bukarešta. BunnyCDN je proračunsko dostopna alternativa s plačilom po porabi in odlično zmogljivostjo. AWS CloudFront, Google Cloud CDN in Azure CDN so podjetniške rešitve, integrirane s cloud platformami. Za WordPress strani je Cloudflare najpreprostejši za nastavitev z namenskim WordPress vtičnikom, ki samodejno počisti predpomnilnik ob objavi vsebine.

Edge predpomnjenje

Sodobni CDN-ji ponujajo zmožnosti edge computing, kjer se logika aplikacije izvaja na CDN strežnikih namesto na izvornem strežniku. Cloudflare Workers, Vercel Edge Functions in AWS Lambda@Edge omogočajo poganjanje kode na edge lokacijah za personalizacijo vsebine, A/B testiranje, preusmeritve in avtentikacijo brez komunikacije z izvornim strežnikom. Edge predpomnjenje v kombinaciji z edge computing lahko dostavi popolnoma personalizirane strani s hitrostjo CDN, kar je revolucionarna sprememba v spletni zmogljivosti.

Strategije predpomnjenja

Vzorec cache-aside

Cache-aside ali lazy loading je najpogostejši vzorec predpomnjenja, kjer aplikacija najprej preveri predpomnilnik za iskane podatke. Če podatki obstajajo v predpomnilniku, se to imenuje cache hit in se vrnejo takoj. Če ne obstajajo, je to cache miss in aplikacija podatke pridobi iz baze, jih shrani v predpomnilnik in nato vrne uporabniku. Ta vzorec je preprost za implementacijo in dobro deluje za read-heavy aplikacije, kjer se podatki berejo veliko pogosteje, kot se spreminjajo.

Write-through in write-behind

Vzorec write-through zapisuje podatke hkrati v predpomnilnik in v bazo podatkov, s čimer zagotavlja, da je predpomnilnik vedno posodobljen, vendar se poveča latenca pisanja. Vzorec write-behind ali write-back zapiše podatke najprej v predpomnilnik in jih asinhrono zapisuje v bazo podatkov, s čimer zmanjša latenco pisanja, vendar obstaja tveganje izgube podatkov, če strežnik pade, preden se podatki zapišejo v bazo. Za večino spletnih aplikacij je cache-aside s pametno invalidacijo najboljša izbira, saj uravnoteža zmogljivost in konsistentnost.

Zaključek

Predpomnjenje je temeljna tehnika za zmogljivost spletne strani, ki deluje na več ravneh, od brskalnika do CDN. Predpomnilnik brskalnika odpravlja nepotrebne prenose statičnih virov, strežniški predpomnilnik pospeši generiranje dinamičnih strani, object predpomnilnik zmanjša obremenitev baze podatkov, page predpomnilnik odpravi PHP obdelavo, CDN predpomnilnik pa približa vsebino uporabnikom po vsem svetu. Kombinacija teh tehnik lahko vašo spletno stran pospeši od 10- do 100-krat in znatno izboljša uporabniško izkušnjo. Na BeoHosting ponujamo hosting, optimiziran za zmogljivost, z OPcache, Redis object cache in podporo za CDN integracijo. Preverite hitrost svoje spletne strani.