Оптимизация обмена информацией: роль заголовка кэширования в веб-сервере
Содержание:
Что такое кэширование
Обмен информацией в сети интернет является неотъемлемой частью современного мира. Кэширование играет важную роль в оптимизации обмена информацией между клиентом и сервером. В данной статье мы рассмотрим роль заголовка кэширования в веб-сервере и его влияние на производительность.
Кэширование — это процесс сохранения копии данных на локальном устройстве для более быстрого доступа к ним. Реализуется или на стороне пользователя (клиентский кэш), или на стороне веб-сервера (серверный кэш).
Как работает кэширование
Чтобы понять, в чем состоит идея кэширования, достаточно представить, что вы решаете пример из таблицы умножения, не задумываясь и никуда не подглядывая. Ранее запомненное решение позволяет не производить умственные операции, а быстро выдать нужный результат. Примерно так же функционирует кэширование. Сервер не вычисляет код при каждом запросе, а записывает данные сайта в кэш (хранилище быстрого доступа). Обычно он находится в оперативной памяти. Алгоритм операции выглядит следующим образом:
- пользователь заходит на сайт;
- веб-обозреватель запрашивает информацию из кэша;
- если данные уже есть в кэше, то они загружаются в окно браузера; в противном случае веб-обозреватель отправляет запрос на сервер, который обрабатывает его и возвращает ответ.
Благодаря этому процессу значительно ускоряется процесс извлечения данных. Кэш обладает маленьким объемом, но предоставляет пользователю высокоскоростной доступ к хранящейся информации, избавляя от необходимости каждый раз ожидать ответ от сайта через сервер.
Заголовок кэширования и его функции
Заголовок кэширования является частью HTTP-запроса или ответа, которая определяет, какие данные должны быть сохранены в кэше, и на какой период времени. Самый распространенный заголовок — Cache-Control. Он позволяет управлять кэшированием на различных уровнях: на клиентской стороне, прокси-серверах и самом веб-сервере. Для просмотра HTTP-заголовков существуют различные онлайн-сервисы, например, SEO-auditor.
Популярные заголовки и их функции представлены в таблице.
| Наименование заголовка | Полный заголовок | Функция |
|---|---|---|
| Expires | Expires: Tue, 18 Jan 2023 01:00:00 GMT | Конкретная страница не изменится до часа ночи 18 января 2023 г. До истечения этого срока браузер будет брать ее из кэша, по истечении — снова скачивать с сервера |
| Cache-Control | Cache-Control: max-age=7200 | Страница с момента загрузки ее в браузер точно не изменится в течение 7200 секунд (2 часов). На протяжении этого срока веб-обозреватель при повторном запросе будет обращаться к кэшу |
| Last-Modified | Last-Modified: Fri, 25 May 2023 01:00:00 GMT | Веб-сервер отправляет заголовок браузеру, указывая время последнего изменения страницы |
| If-Modified-Since | If-Modified-Since: Wed, 13 Feb 2023 01:00:00 GMT | Браузер спрашивает у веб-сервера, изменилась ли страница с определенного момента. Если нет, то веб-обозреватель получает код 304 Not Modified и забирает страницу из кэша. Иначе браузер снова загружает страницу с сервера и получает обновленный заголовок Last-Modified |
При использовании заголовков Last-Modified и If-Modified-Since браузер с сервером постоянно взаимодействуют, что увеличивает нагрузку на систему. Аналогичным принципом действия обладают заголовки ETag и If-None-Match. В ответе сервера браузеру должны содержаться сразу 2 заголовка: Last-Modified и Cache-Control (или Expires). Веб-обозреватель выберет лучшую стратегию кэширования, ориентируясь на содержащиеся в них сведения.
Роль заголовка кэширования в веб-сервере
Заголовок кэширования в веб-сервере позволяет:
- оптимизировать процесс обмена информацией между сервером и клиентом;
- устанавливать правила для кэширования данных на клиентской стороне и прокси-серверах;
- передавать информацию между браузером и сервером.
Правильная конфигурация заголовка значительно снижает нагрузку на веб-сервер и ускоряет обмен информацией.
Преимущества использования заголовка кэширования
Использование заголовков кэширования предоставляет следующие преимущества:
- уменьшение нагрузки на веб-сервер и сеть за счет сокращения количества запросов к серверу;
- улучшение производительности и скорости загрузки страницы для пользователей;
- снижение задержек при передаче данных между клиентом и сервером.
Т. о., использование заголовков улучшает опыт пользователей и повышает удовлетворенность клиентов.
Типы кэширования: в браузере и на сервере
Кэширование подразделяется на 2 типа: браузерный и серверный. Когда браузер отправляет сформированный запрос на сервер, последний после обработки кода отсылает ответ, где содержится сама запрашиваемая страница и сопутствующие ресурсы: шрифты, файлы Javascript, таблицы стилей. Эти ресурсы веб-обозреватель размещает в своем кэше, ориентируясь на информацию в заголовках, присланную сервером (в т. ч. на время кэширования каждого из видов файлов). При первом обращении клиента загрузка сайта занимает некоторое время, но при последующих запросах этот срок значительно снижается именно благодаря сохранению файлов в кэше.
Серверное кэширование подразумевает сохранение на сервере результатов запросов браузеров и последующее их обслуживание. Так процесс протекает гораздо быстрее. В кэше сервер сохраняет как полные страницы (о чем говорилось выше), так и некоторые объекты. Последнее актуально при сложных вычислениях. Серверное кэширование реализуется посредством различных инструментов. Например, можно использовать обратные прокси-серверы Varnish или Nginx.
Основные принципы кэширования в веб-приложениях
Разработчики веб-приложений используют кэширование для того, чтобы повысить привлекательность своего софта. Ведь, если пользователь слишком долго будет ожидать загрузку страниц, он разочаруется в этом приложении и будет искать другое. Поэтому в веб-кэше сохраняются http-ответы, которые затем используются повторно, если пользователь до истечения срока хранения кэшированных файлов делает последующие запросы. Кэши размещены на каждом этапе движения контента от сервера к клиенту.
Веб-кэширование обладает следующими преимуществами:
- Снижает затраты на пропускную способность. Если веб-кэш находится ближе к клиенту, то запросу придется пройти меньшее расстояние, тем самым снизив нагрузку на трафик.
- Улучшает отклик. Это преимущество тоже связано с размещением кэша — чем он ближе к пользователю, тем оперативнее придет ответ.
- Повышает производительность без смены серверного оборудования. Передав некоторые функции кэшу, сервер сосредотачивается на запросах, которые необходимо обработать перед формированием ответа. Еще больший эффект в повышении производительности играет агрессивное кэширование.
- Гарантирует доступность контента в случае сбоев сети. При правильной настройке кэширования, если случится сетевой сбой, клиентам будет выдан контент из кэша, что позволит закончить основные задачи.
Как и любая технология, кэширование обладает некоторыми недостатками. Данные, хранящиеся в кэше, удаляются при перезапуске сервера. Это связано с тем, что кэш хранится в оперативной памяти, откуда стирается при отключении источника питания. Выходом может быть регулярная запись кэшированных данных в постоянную память. Также в кэше может храниться устаревшая информация. При удалении этих сведений с сайта пользователи продолжат получать данные из кэша, но они не будут соответствовать действительности.
Заключение
Заголовок кэширования играет важную роль в оптимизации обмена информацией между клиентом и сервером, что является ключевым фактором для успешного функционирования веб-серверов. Правильная конфигурация заголовка может значительно улучшить производительность и скорость загрузки страницы. Сотрудники «АйТиСпектр» помогут вам настроить кэширование, объяснят, как чистить кэш, когда он не нужен или затрудняет работу браузера, а также предложат услуги по обслуживанию и администрированию компьютерных сетей.
Кэширование — очень эффективный процесс. Я недавно читал одно исследование, где говорилось, что оно может увеличить скорость загрузки страниц аж на 300%!
Я разрабатываю сайты, и сам настраиваю заголовки кэширования. Особо хочу отметить тот момент, что заголовки можно настроить не только для всего сайта, но и для конкретных файлов или страниц, указав соответствующие значения в HTTP-ответах.
Если я меняю контент на своем сайте, то что делать с данными в кэше? Пользователи ведь будут еще какое-то время получать устаревшую информацию?
Необходимо правильно настроить систему, чтобы при опубликовании новой записи она удаляла из кэша измененные страницы и оставляла те, которые корректировке не подвергались. В результате браузер после обработки запроса сервером получит в ответе актуальные страницы и заголовки кэширования.
А какие еще ресурсы страницы обычно кэшируются на стороне клиента (кроме тех, что вы перечислили)?
Кроме шрифтов, файлов Javascript, таблиц стилей, на стороне клиента кэшируются изображения и CSS-файлы. Т. е. вся статическая информация, которая при отсутствии кэширования будет постоянно загружаться с сервера и сильно задерживать пропускную способность.
Чем грозит неправильная настройка кэширования и использование некорректных заголовков?
Неправильное использование заголовков может привести к устареванию контента, некорректной обработке запросов и низкой производительности веб-сайта.
Хорошо, что каждый, кто хоть немного разбирается в разработке сайтов, может сам проверить, правильно ли настроены заголовки кэширования. Для этого существует браузерный инструмент DevTools либо специальные онлайн-сервисы для анализа заголовков.