Кэширование в PHP

Введение

Появление динамических web-страниц изменило положение вещей в худшую сторону, эффективно «сломав» эту модель обслуживания web-страниц благодаря наличию двух проблем:

Как я предотвращаю кэширование страницы браузерами?

Прежде чем мы рассмотрим методы клиентского и серверного кэширования, в первую очередь мы должны понять, как вообще предотвратить кэширование страниц web-браузером (и прокси-серверами). Основной способ достижения этого использует мета-тэги HTML:

Вставив прошедшую дату в мета-тэг Expires, вы сообщаете браузеру, что кэшированная копия странички всегда является устаревшей. Это значит, что браузер никогда не должен кэшировать страницу. Мета-тэг Pragma: no-cache довольно хорошо поддерживаемое соглашение, которому следует большинство web-браузеров. Обнаружив этот тэг, они обычно не кэшируют страницу (хотя никаких гарантий нет, это всего лишь соглашение).

Это хорошо звучит, но есть две проблемы, связанные с использованием мета-тэгов:

Лучший подход состоит в том, чтобы использовать непосредственно протокол HTTP с помощью функции PHP header(), эквивалентно приведённым выше двум мета-тэгам:

Мы можем пойти на один шаг вперёд, воспользовавшись заголовком Cache-Control совместимым с браузерами, поддерживающими HTTP 1.1:

Это гарантирует, что никакой web-браузер или промежуточный прокси-сервер не будет кэшировать страницу, таким образом посетители всегда получат самую последнюю версию контента. Фактически, первый заголовок должен быть самодостаточным, это лучший способ гарантировать, что страница не кэшируется. Заголовки Cache-Control и Pragma добавлены с целью «подстраховаться». Хотя они не работают во всех браузерах или прокси, они отловят некоторые случаи, в которых Expires не работает должным образом (например, если дата на компьютере клиента установлена неправильно).

Конечно, полный отказ от кэширования обеспечивает нас проблемами, которые мы обсуждали в начале этой главы. Сейчас мы рассмотрим решение этих проблем.

Internet Explorer и кэширование загрузки файлов

Как я могу захватить данные на стороне сервера для кэширования?

Несколько слов о кэшировании при помощи шаблонов

Пример 1. Файл: 1.php

Вышеописанный скрипт выведет:

Заголовки HTTP и буферизация вывода

(прим. переводчика: следует заметить что подобное использование данной функции крайне неоправдано. В большинстве случаев необходимости в использовании буферизации вывода для избавления ошибок указанного типа просто не существует и всё с лёгкостью может быть исправлено правильным проектированием приложения)

Использование буферизации вывода для кэширования на стороне сервера

Вы уже видели базовый пример буферизации вывода, теперь следующий шаг, в котором буфер сохраняется в файл:

Пример 2. Файл: 2.php

Сначала вышеописанный скрипт проверяет наличие существования версии странички в кэше, и, если она имеется, скрипт читает и выводит её. В противном случае, он использует буферизацию вывода для создания версии страницы в кэше. Она сохраняется как файл, после использования ob_end_flush() для отображения страницы пользователю.

Блочная буферизация

Вне всякого сомнения, некоторые части отправляемой вами посетителю страницы изменяются очень редко, например, такие как шапку, меню и нижний колонтитул. Однако другие части, типа таблиц, содержащих обсуждения в форуме, могут изменяться довольно часто. Буферизация вывода может использоваться к кэшированию разделов страницы в отдельных файлах, затем создавать из них страницу – решение, устраняющее необходимость повторных запросов к базе данных, циклов while и т.д. Вы можете назначать каждому блоку страницы дату истечения срока, после которой пересоздаётся кэш-файл, или кроме того, вы можете включить в ваше приложение механизм, который будет удалять кэш-файл каждый раз, когда сохранённый в нём контент изменён.

Вот пример, демонстрирующий этот принцип:

Пример 3. Файл: 3.php

В этом примере я использовал процедурный подход. Однако я не советую делать это на практике, поскольку это закончится очень грязным кодом (смотри последующие решения с лучшей альтернативой) и, вероятно, вызовет проблемы с блокировкой файла (например, что случится, когда кто-то обращается к кэшу в момент его обновления?).

Пример 4. Файл: 3.php

Для содержимого (тела) страницы мы по прежнему будем использовать тот же процесс. Однако на сей раз при вызове readCache мы будем использовать время жизни кэша в пять секунд, кэш-файл будет модифицироваться каждый раз, когда он «старше» 5 секунд:

Пример 5. Файл: 3.php

Нижний колонтитул эффективно изменять так же, как заголовок. После этого буферизация вывода останавливается и отображается содержимое трёх переменных, содержащих данные страницы:

Пример 6. Файл: 3.php (окончание)

Конечный результат выглядит примерно так:

Заголовок и нижний колонтитул обновляются еженедельно, в время как тело модифицируется, когда оно старее 5 секунд.

Блок-схема на рисунке суммирует методологию блочной буферизации.

Блок-схема блочной буферизации вывода

Вложенные буферы

Как мне управлять кэшированием на стороне клиента средствами PHP?

Новые имена функций

Проверка HTTP-заголовков в вашем браузере

Истечение срока жизни страницы

Пример 7. 6.php

Функция setExpires отправляет заголовок HTTP Expires с будущим временем, заданном в секундах. Вышеприведённый пример показывает текущее время по Гринвичу и выводит ссылку, которая вам позволяет перейти на страницу вновь. Используя кнопку Refresh вашего браузера, вы можете сообщить браузеру о желании обновить кэш. Используя ссылку, вы увидите, что время изменяется только раз в 10 секунд.

Даты и время в HTTP

Даты в HTTP всегда вычисляются относительного меридиана времени Гринвича (GMT). Функция PHP gmdate() точно такая же функция, как date(), за исключением того, что она автоматически компенсирует время по Гринвичу, основанное на системных часах и настройках региона вашего сервера.

Заголовок Expires преимущественно прост в реализации, но в большинстве случаев, если вы не высокоорганизованный человек, вы не можете знать точно, когда данная страница вашего сайта обновлена. Поскольку браузер войдёт в контакт с сервером только после того, как страница устареет, нет ни одного способа сообщить браузеру, что страница, находящаяся в его кэше, устарела. Вы также теряете некоторую часть трафика к вашему web-сайту, поскольку браузер не обращается к серверу при запросе страницы из кэша.

Время изменения страницы

Устанавливаем время модификации кэш-файла этой строкой:

Наконец, мы проверяем, был ли модифицирован кэш с тех пор как посетитель получал эту страницу в последний раз. Если это не так, мы просто посылаем в заголовке отклик Not Modified и прекращаем выполнение скрипта, не нагружая канал передачи данных и экономя процессорное время, инструктируя браузер отобразить кэшированную версию страницы.

И в заключение готовый кусок кода, позволяющий кешировать все статические ваши страницы.

Если вы объедините подход времени последнего изменения со значением времени, являющимся уже доступным в вашем приложении (например, время самой последней новостной статьи, или время устаревания из системы серверного кэширования, которое мы видели в последнем решении), вы сможете воспользоваться преимуществами кэша web-браузера и разгрузите канал передачи данных, по возможности сэкономив информационный трафик с вашего сайта и улучшив его производительность.

Будьте осторожны при тестировании любого кэширования, выполненного в таком стиле, если вы сделаете это неправильно, вы можете заставить ваших посетителей всегда иметь устаревшие копии вашего сайта.

Кэширование ваших страниц в 5 шагов

Расмотрим технологию кэширования пошагам:

Все ваши страницы будут кэшироваться на 3600 секунд = 1 час. Этот параметр вы легко можете поменять в скрипте start_cache.php. Кэш страниц будет сохранен в папке cache_files.

Совершенно очевидно, что в данном случае атрибуты 777 являются определенным нарушением безопасности. В связи с чем, рекомендую вынести папку cahce_files за пределы public_html, например, поместить ее на один уровень выше. Это закроет доступ к находящимся в ней файлам пользователей вашего сайта, но никак не повлияет на работоспособность системы.

Также, у данного метода есть еще один серьезный недостаток: автор статьи складывает весь кэш в одну папку, что, при достаточном количестве страниц на вашем сайте, вызовет проблему, например, в системах Unix наблюдается достаточное замедление работоспособности при наличие в папке более чем 1000 файлов. В связи с чем, в алгоритм необходимо внести ряд изменений и раскладывать файлы по отдельным подпапкам внутри папки cache_files. Например, используя для этого первые 3-4 символа md5 КЭШа.

Для динамических ресурсов вполне возможно выбрать время кэширования в несколько (5-10) секунд или 1-2 минуты, что уже значительно снизит нагрузку на сервер, но не нанесет вреда интерактивности сайта.

Для страниц, для которых особо важна интерактивность, можно ввести исключения в .htaccess, что позволит именно им постоянно изменяться, а для остальных страниц можно применять кэширование.

Регенерация содержания на лету

Динамически созданные, но статически обслуживаемые страницы, т.е. страницы которые должны передаваться как чисто статические (считываемые из файловой системы и затем передаваемые по запросу), однако они должны быть динамически сгенерированны веб-сервером если они отсутствуют в файловой системе. Таким образом вы можете иметь страницы сгенерированные PHP которые являются статически обслуживаемыми если только кто-либо (либо планировщик) не удалит статическое содержание. В таком случае содержание обновляется.

Это делается следующим набором директив:

Здесь, запрос к page.html приводит к внутреннему запуску соответствующего page.php, если page.html все-ещё отсутствует или имеет нулевой размер. Фокус здесь в том что page.php это обычный PHP скрипт который в дополнение к собственному выводу, записывает свой вывод в файл page.html. Запустив это один раз, сервер передает данные page.html. Когда вебмастер хочет обновить содержание, он просто удаляет page.html (обычно с помощью cronjob).

Проблема с кэшированием страниц у Internet Explorer.

Источник

11 видов кэширования для современного сайта

Автор данной статьи не встречал структурированной обзорной информации о важных этапах кэширования, поэтому ему хотелось бы поделиться наработанным опытом в этой области, соединить воедино всю основную информацию по данному вопросу, а также рассмотреть плюсы и минусы каждого вида кэширования.

В первую очередь, хотелось бы пояснить, что кэширование – это одна из наиболее важных составляющих любого проекта. В частности, это единственный способ сделать больше и быстрее при использовании ограниченных ресурсов. А, как известно, ресурсы всегда ограничены: как серверные, так и пользовательские.

Основной проблематикой кэширования является быстрота реакции на запросы к основным системам хранения и обработки входящей и исходящей структурированной информации.

Представьте, что необходимо осуществить быструю передачу информации, однако скорость доступа к данным крайне низкая. Или другая ситуация: скорость хорошая, но мало доступной памяти или ширина канала недостаточная, или процессорные и дисковые факторы мешают осуществить задачу. В этом случае кэширование – это единственный выход из ситуации.

Виды кэширования

Кэширование (или кэш) – это некий промежуточный буфер, в котором хранятся данные. Благодаря кэшированию страница сайта не воссоздается заново для каждого пользователя. Кэширование позволяет осуществлять работу с большим количеством данных в максимально сжатые сроки и при ограниченных ресурсах (серверных и пользовательских).

Необходимо понимать, что работу с данными можно производить как на стороне клиента, так и на сервере. Притом, серверная обработка данных централизована и имеет ряд несомненных преимуществ (особенно для службы поддержки).

Существует несколько видов кэширования, предлагаем рассмотреть каждый вид, его особенности и рекомендации по применению:

1. Браузерное кэширование или клиентское кэширование

Представляет собой составление для браузера команды использовать имеющуюся кэшированную копию. Работа такого кэширования основана на том, что при повторном посещении, браузеру отдаётся заголовок 304 Not Modified, а сама страница или картинка загружаются из локального пользовательского кэша. Получается, что вы экономите на трафике между браузером посетителя и хостингом сайта. Соответственно, страница вашего сайта начинает загружаться быстрее.

1.1 Кэширование файлов и картинок

Браузерное кэширование как нельзя лучше подходит для сайтов, содержащих большое количество изображений: картинка не скачивается каждый раз при открытии сайта, а просто загружается через кэш браузера.

Это первый уровень кэширования, который состоит в отдаче заголовка «expired» и заголовка «304 Not Modified». Наиболее эффективным считается кэширование на 2 недели.

Однако в данном случае есть важный нюанс: если изображение на сайте меняется, то браузер узнает об этом не сразу, а только если выждать expiry или сбросить кэш в самом браузере. Это не очень эффективно, если файл постоянно изменяется и необходимо постоянно отдавать его актуальную версию.

1.2 Кэширование https

Специальные заголовки вида strict-security. Позволяет браузеру всегда обращаться по https к выбранному домену. Сохраняет это состояние довольно жёстко и, в случае отмены этого вида кэша, браузер ещё довольно долго будет пытаться загрузить страницу по https, при этом игнорируя текущие заголовки.

1.3 Кэширование центра сертификации

Так называемый, stamp центра сертификации.

Данный вид кэширования считается обязательным для применения, если вы не хотите, чтобы пользователи вашего сайта ждали, когда центр сертификации (а это некий сервер, который отвечает за достоверность вашего сертификата) обработает запрос от браузера пользователя и подтвердит, что ваш сайт действительно подтверждён им.

1.4 Кэширование страниц

Когда страница уже сгенерирована, нужно постоянно отслеживать ее актуальность. Для этого вы должны использовать серверный кэш с отслеживанием времени изменения отдельных частей страницы (если страница строится из множества динамически генерируемых блоков). При таком подходе в каждом ответе от сервера установлены специальные заголовки, обозначающие время изменения страницы, которые затем отправляются браузером пользователя при повторном обращении к странице сайта. Сервер при получении таких заголовков можем проанализировать текущее состояние страницы (возможно, даже отрисовать её), но вместо содержимого страницы отдать заголовок «304 Not Modified», что для пользовательского браузера будет означать, что можно показать страницу из своего (браузера пользователя) кэша.

Конечно, можно отправлять соответствующие заголовки без использования серверного отслеживания кэша, но в таком случае большинство пользователей получат обновление контента страницы довольно поздно. При таком подходе браузер иногда опрашивает сервер для получения обновлений, но периодичность и правила для каждого браузера настраиваются его разработчиком, поэтому надеяться на то, что ваши пользователи получат обновления вовремя, не приходится.

Как правило, кэш подразделяется по типу пользователей:

— для авторизованных;
— для неавторизованных.

Данное разделение обусловлено уникальностью контента, для каждого авторизованного пользователя и общностью контента для гостевых пользователей. В большинстве сайтов не авторизованный пользователь не может изменять содержимое сайта, а значит и влиять на его содержимое.

Браузерный кэш позволяет экономить трафик и время, затрачиваемое на загрузку страниц. Но для достижения эффекта экономии, пользователь должен хотя бы один раз посетить нашу страницу, а это означает, что нагрузка на серверные ресурсы уменьшится, но не значительно.

2. Серверное кэширование

Под серверным кэшированием понимаются все виды кэширования, при котором данные хранятся на серверной стороне. Эти данные не доступны клиентским браузерам. Кэш создаётся и хранится по принципу «один ко многим» (многие, в данном случае, — это клиентские устройства).

2.1 Кэширование страницы целиком

Наиболее эффективный кэш. Чем он интересен? Самое большое его достоинство в том, что отдача страницы происходит практически в момент обращения, как следствие – это возможность обработки миллионов запросов даже на самом слабом сервере со скоростью работы памяти и с незначительным задействованием процессора.

Пожалуй, любой когда-либо мечтал о сайте, работающем со скоростью «ping» или быстрее.
Но и у этого типа кэша есть свои минусы: например, невозможность кэшировать страницы для авторизованного пользователя, либо пользователя, содержимое страницы которого зависит от текущих переменных пользователя.

Используйте этот кэш, если серверу известны все статичные состояния внешних данных, такие как: uri, get (без дополнительных параметров), пользователь не авторизован — то есть, фактически, это идеальное состояние страницы для гостевых пользователей. Учитывайте тот факт, что при таком кэшировании архитектура сайта или приложения всегда должна однотипно обрабатывать входящие запросы и отдавать однотипные ответы. Такое состояние есть в любом приложении или сайте, его нужно лишь отследить и применить к нему кэш.

Кэширование страниц целиком, чаще всего, применяют в каких-то экстренных случаях, при этом кэш страниц сохраняется на заранее указанное время (от 2 минут), в течение которого ответы от сервера однотипны (не позволяйте браузеру кэшировать это).

2.2 Кэширование результатов компиляции php-файлов

Различают как чистую компиляцию кода, так и его оптимизацию во время компилирования (подмена скриптов). Наиболее яркие примеры:

И тот и другой вид кэширования могут использоваться в проекте, но у каждого есть собственные нюансы, которые необходимо учитывать при написании кода.

2.3 Кэширование отдельных блоков страницы

Это, пожалуй, самый интересный, но и сложный вид кэширования. Тем не менее, он тоже может быть эффективным, и на его примере легче всего объяснить принципы кэширования в целом.
Необходимо отслеживать: состояние таблиц, состояние сессии пользователя, выключать ли кэширование при POST или GET запросах (http query), зависимость от текущего адреса, постоянство кэширования (при изменении предыдущих условий) или его динамическую подстройку.

Кэширование отдельных блоков страниц лучше других типов кэширования подойдёт, если вам нужно, например, уменьшить количество запросов к базе данных от реальных (авторизованных) пользователей. Кстати, при правильно заданных зависимостях, он будет работать даже эффективнее, чем все последующие виды кэширования.

Почему этот вид кэширования настолько важен? Всё дело в том, что расширение пула серверов баз данных намного более сложная задача, чем расширение пула серверов php-части сайта. Более того, php конфликты состояния кэширования решаются гораздо легче, чем конфликты при работе с множеством баз данных.

2.4 Кэширование php на основе неразделяемых ресурсов

Лучше всего подходит при стандартизации запросов, получении данных из общих ресурсов, наличии внутренних переменных, к которым php-ресурсы обращаются несколько раз при генерации страницы.

2.5 Кэширование php на основе общих ресурсов

Такое кэширование применяйте для хранения сериализированных данных. Например: конфигурационного файла, состояния таблиц, списков файловой системы.

2.6 Кэширование mysql на основе query cache

Это довольно известная и наиболее освещённая тема. Тем не менее, хотелось бы рассмотреть специфику работы с timestamp и то, как можно избежать постоянного сброса query cache.

Наверняка, вы регулярно сталкивались с ситуацией, когда необходимо отдать новые материалы, дата публикации которых уже разрешена текущим timestamp? Проще говоря,

Источник