در دنیای آنلاین، سرعت بارگذاری صفحات وب نقش حیاتی در تجربه کاربری و در نهایت، موفقیت کسبوکارها ایفا میکند. بر اساس آمارهای موجود، اگر صفحه وبی بیشتر از ۲ ثانیه طول بکشد تا بارگذاری شود، حدود ۴۷٪ از کاربران آن را ترک خواهند کرد. حال سوال اینجاست که چگونه میتوان سرعت وبسایتها را در سرویسهای مختلف هاستینگ بهبود بخشید؟ پیش از این در مقالاتی به بررسی روشهای افزایش سرعت وبسایت و بهبود عملکرد سرور مجازی پرداختهایم. در اینجا قصد داریم به مبحث کشینگ (Caching) بپردازیم که میتواند بهطور چشمگیری زمان بارگذاری صفحات و عملکرد سایت را بهبود بخشد.
کشینگ (Caching) چیست؟
کشینگ (Caching) به روندی گفته میشود که طی آن اطلاعات و دادهها بهطور موقت در یک مکان ذخیره میشوند تا به سرعت در دسترس کاربر قرار گیرند. این ذخیرهسازی میتواند در مرورگرها، سرورها، اپلیکیشنها و حتی سختافزارها صورت گیرد. بهطور خلاصه، کشینگ به این معناست که دادهها برای بار دوم بهطور مستقیم و سریعتر به دست کاربر برسند، بدون آن که نیاز به درخواست مجدد از سرور اصلی باشد. این فرآیند اغلب در حافظههایی ذخیره میشود که بهطور موقت و جدا از حافظه اصلی سیستم عمل میکنند و نتیجه آن کاهش زمان بارگذاری صفحات و بهبود تجربه کاربری است.
کشینگ در واقع مانند کتابخانهای شخصی است که تمامی اطلاعات و دادههای مورد نیاز شما در آن ذخیره شدهاند. در این صورت نیازی نیست که برای دستیابی به هر کتاب یا منبع، به کتابخانههای دیگر مراجعه کنید. این موضوع نه تنها سرعت دسترسی را افزایش میدهد، بلکه فشار کمتری به سرورها وارد میکند. بهطور کلی، مرورگرهای وب، سرورها، شبکههای توزیع محتوا (CDN)، پایگاههای داده و حتی DNSها از تکنیک کشینگ استفاده میکنند تا عملکرد بهتری داشته باشند.
نحوه عملکرد کشینگ
کشینگ بهطور کلی بر اساس ذخیرهسازی دادههای پرکاربرد و درخواستهای مکرر کاربران در مکانهای نزدیک به آنها عمل میکند. برای مثال، زمانی که دادهها در سرورهای CDN ذخیره میشوند، دیگر نیازی نیست که درخواستها به سرورهای دورتر ارسال شوند. این اقدام باعث میشود که دسترسی به دادهها سریعتر و با تاخیر کمتری صورت گیرد. از آنجا که دادهها بهطور موقت در کش ذخیره میشوند، پس از مدتی که اطلاعات بهروزرسانی میشوند، دادههای قدیمی باید از حافظه کش حذف شوند و درخواستها دوباره به سرور اصلی ارسال شوند. این فرآیند با استفاده از سازوکار TTL (مخفف Time-To-Live) مدیریت میشود که مشخص میکند دادهها به چه مدت در کش باقی بمانند.
همچنین، کشینگ این امکان را مهیا میکند تا دادهها و منابع وبسایتها بهطور موثری ذخیره و به کاربران ارائه شود، بدون آن که بار اضافی بر روی سرورهای اصلی وارد آید. به همین دلیل است که استفاده از کشینگ در بهبود عملکرد و سرعت وبسایتها، خصوصا در زیرساختهای پیچیده مانند سرورهای اشتراکی یا سرورهای مجازی، بسیار موثر است.
مراحل کشینگ دادهها: چگونه کشینگ عملیات را تسریع میکند
کشینگ به فرآیندی گفته میشود که طی آن دادهها بهطور موقت در حافظه ذخیره میشوند تا در صورت نیاز دوباره، دسترسی به آنها سریعتر انجام شود. در اینجا مراحل کشینگ و نحوه عملکرد آن را توضیح خواهیم داد:
۱. ایجاد درخواست توسط کاربر
کاربر برای دریافت اطلاعات مورد نظر خود، درخواستی از طریق کلاینت خود (مثل مرورگر یا اپلیکیشن) ارسال میکند. این درخواست ابتدا به حافظه کش ارسال میشود تا بررسی شود آیا اطلاعات مورد نیاز در آن موجود است یا خیر.
۲. بررسی کش برای یافتن دادهها
در این مرحله، کلاینت بررسی میکند که آیا دادههای درخواستشده در حافظه کش آن موجود هستند یا خیر. اگر اطلاعات در کش موجود باشد، به مرحله بعدی میرود.
۳. ارسال محتوا از کش
اگر دادهها در حافظه کش موجود باشند، کلاینت بلافاصله آنها را به کاربر ارسال میکند. این حالت که به آن کش هیت (Cache Hit) گفته میشود، باعث کاهش زمان بارگذاری و بهبود سرعت دسترسی میشود.
۴. ارسال درخواست به سرور
اگر دادهها در حافظه کش پیدا نشوند، درخواست به سمت سرور ارسال میشود. این مرحله زمانی رخ میدهد که کشینگ نتوانسته باشد محتوای مورد نظر را پیدا کند، که به آن کش میس (Cache Miss) گفته میشود.
۵. پردازش درخواست توسط سرور
سرور دادهها را پردازش کرده و به کلاینت ارسال میکند. این مرحله معمولاً زمانبرتر از کش هیت است، زیرا نیاز به پردازش و ارسال دادهها از منبع اصلی دارد.
۶. ذخیرهسازی دادهها در کش
پس از دریافت دادهها از سرور، کلاینت آنها را در حافظه کش خود ذخیره میکند تا در دفعات بعدی دسترسی سریعتری به آنها داشته باشد. با این حال، ظرفیت حافظه کش محدود است، بنابراین تنها دادههای ضروری و پرکاربرد ذخیره میشوند. همچنین، اگر محتوای سرور تغییر کند، کش بهطور خودکار محتوای قدیمی را حذف کرده و نسخههای جدید را جایگزین میکند.
انواع مختلف کشینگ: هر نوع کش چگونه کار میکند؟
کشینگ نه تنها در مرورگرها بلکه در سیستمهای مختلف دیگری مانند سرورها، شبکههای توزیع محتوا (CDN) و DNSها نیز به کار میرود. در ادامه با انواع مختلف کشینگ آشنا خواهید شد:
کش مرورگر
یکی از رایجترین انواع کشینگ، کش مرورگر است. زمانی که شما برای اولین بار به یک وبسایت مراجعه میکنید، مرورگر یک نسخه کپی از محتوای آن صفحه را در حافظه کش خود ذخیره میکند. این محتوا میتواند شامل تصاویر، فایلهای CSS، جاوا اسکریپت و HTML باشد. در دفعات بعدی که شما به همان سایت مراجعه کنید، مرورگر به جای درخواست از سرور، محتوا را از کش خود بارگذاری میکند، که این کار باعث میشود تا سرعت بارگذاری صفحات افزایش یابد.
کش سمت سرور
کش سمت سرور به ذخیرهسازی دادهها در سرورهای وب اشاره دارد. این نوع کشینگ میتواند شامل کش وبسرور، پایگاهداده و حتی شبکههای توزیع محتوا (CDN) باشد. در این فرآیند، سرور دادههای پرکاربرد را ذخیره میکند تا بتواند آنها را سریعتر به کاربران ارسال کند. این کار نه تنها سرعت دسترسی را افزایش میدهد بلکه فشار را از روی سرورهای اصلی کم میکند.
کش CDN (شبکه توزیع محتوا)
شبکه توزیع محتوا (CDN) مجموعهای از سرورهای پراکنده در سطح جهانی است که محتوای وبسایتها را در سرورهای لبه (Edge Servers) خود ذخیره میکنند. این سرورها در نقاط مختلف جغرافیایی قرار دارند و زمانی که کاربری درخواست میدهد، نزدیکترین سرور به او پاسخ میدهد. این عمل باعث میشود که دادهها سریعتر به دست کاربر برسند و زمان بارگذاری صفحات وب کاهش یابد.
کش DNS
کش DNS به ذخیرهسازی اطلاعات مربوط به آدرسهای IP وبسایتها در حافظه سرور یا مرورگرها اشاره دارد. هنگامی که کاربر آدرس یک وبسایت را وارد میکند، مرورگر یا سرور DNS برای یافتن آدرس IP به یک سرور DNS درخواست میفرستد. سرور DNS پس از دریافت پاسخ، آدرس IP مربوطه را به مرورگر ارسال میکند. با ذخیرهسازی این اطلاعات در کش، در دفعات بعدی دیگر نیازی به ارسال درخواست به سرور DNS نیست، که این امر باعث کاهش زمان دسترسی به وبسایتها میشود.
کش CMS
سیستمهای مدیریت محتوا (CMS) ابزارهایی هستند که به کاربران این امکان را میدهند تا بدون نیاز به دانش فنی، وبسایتهایی طراحی و مدیریت کنند. پلتفرمهای مختلف CMS از جمله وردپرس، جوملا و دروپال، امکانات متنوعی برای کشینگ دارند که میتواند سرعت بارگذاری صفحات وب را برای کاربران به طور چشمگیری افزایش دهد. این کشها معمولاً از افزونهها و ابزارهای مخصوص خود بهره میبرند، مانند WP Rocket، W3 Total Cache و WP Super Cache در وردپرس، که به بهبود عملکرد و کاهش زمان بارگذاری کمک میکنند.
کش وبسرور
وبسرورها نرمافزارهایی هستند که درخواستهای HTTP کاربران را پردازش کرده و محتوای مورد نظر را به آنها ارسال میکنند. مهمترین وبسرورهای موجود شامل آپاچی، انجینایکس و لایتاسپید هستند. کش وبسرور به تکنیکی اطلاق میشود که در آن محتوای دینامیک وبسایتها مانند فایلهای جاوا اسکریپت و CSS در حافظه کش وبسرور ذخیره میشود. این اقدام علاوه بر افزایش سرعت بارگذاری، موجب کاهش بار بر روی سرورها میشود و از فشار اضافی بر سیستم جلوگیری میکند.
کش پایگاهداده
پایگاهدادهها یا دیتابیسها مجموعهای سازماندهیشده از دادهها هستند که توسط یک سیستم مدیریت پایگاهداده (DBMS) مدیریت میشوند. بسیاری از پایگاهدادهها دارای قابلیت کشینگ هستند که به کاهش تعداد درخواستها و کوئریهای ارسالی از سوی کاربران کمک میکند. این کشینگ شامل ذخیرهسازی نتایج آخرین کوئریها در حافظه کش است تا در دفعات بعدی، با سرعت بیشتری به درخواستهای مشابه پاسخ داده شود.
کش سمت کلاینت
در دنیای کامپیوتر، کلاینت به سیستم یا دستگاهی گفته میشود که برای دریافت منابع از سرورها ارتباط برقرار میکند. کش سمت کلاینت به تکنیکی گفته میشود که در آن دادهها و فایلها در دستگاه کاربر (مثلاً مرورگر وب، اپلیکیشن یا ایمیلکلاینتها) ذخیره میشود. این تکنیک موجب میشود تا تعداد درخواستها به سرور کاهش یابد و در نتیجه سرعت تحویل محتوا به کاربر افزایش یابد.
کش وبسایت
کش وبسایت به معنای ذخیرهسازی موقت دادهها و فایلهای وبسایتها در حافظه کش سرویسهای مختلفی است، مانند CDNها، پایگاهدادهها، مرورگرها، DNSها و پروکسیهای معکوس. این فرآیند سرعت دسترسی به محتوای وبسایتها را به طور چشمگیری افزایش میدهد و باعث بهبود تجربه کاربری میشود.
کش CPU
کش CPU نوعی حافظه پنهان است که بین حافظه RAM و پردازنده قرار دارد و سرعت پردازش دستورالعملها را برای CPU افزایش میدهد. این کش به سه سطح L1، L2 و L3 تقسیم میشود، که هرکدام ویژگیها و کاربردهای خاص خود را دارند:
- کش L1: این کش سریعترین و کمظرفیتترین نوع کش CPU است، اغلب با ظرفیتهایی بین ۱۶ تا ۱۲۸ کیلوبایت. کش L1 در داخل هستههای پردازنده قرار دارد و به دو نوع کش داده و کش دستورالعمل تقسیم میشود.
- کش L2: این کش ظرفیت بیشتری از L1 دارد و معمولاً در حد چند مگابایت تا دهها مگابایت است. سرعت آن کمتر از L1 است، اما همچنان سریعتر از حافظه RAM عمل میکند.
- کش L3: کش L3 برای افزایش کارایی کشهای L1 و L2 طراحی شده و ظرفیت آن معمولاً بین دهها تا صدها مگابایت است. سرعت کش L3 از L1 و L2 پایینتر است، اما به پردازنده کمک میکند تا عملکرد کلی خود را بهبود بخشد.
کش توزیعی
کش توزیعی به نوعی کشینگ اطلاق میشود که دادهها در سرورها و دستگاههای مختلفی در مکانهای جغرافیایی متنوع توزیع میشوند. این تکنیک موجب میشود تا کاربران بتوانند به محتوای درخواستی خود با سرعت بسیار بالاتری دسترسی پیدا کنند، چرا که دادهها از سرورهایی که به آنها نزدیکتر هستند بارگذاری میشود. همچنین، کش توزیعی مانع از فشار آوردن به پایگاههای داده مرکزی میشود.
مزایای کش
از مزایای کش می توان به موارد زیر اشاره کرد:
- افزایش سرعت وبسایتها و اپلیکیشنها: یکی از مزایای کشینگ این است که باعث میشود، دادهها از حافظه کش به سرعت در دسترس قرار گیرند و زمان بارگذاری صفحات و اپلیکیشنها به طور چشمگیری کاهش یابد، در واقع کشینگ روشی جهت افزایش سرعت وبسایت است.
- افزایش IOPS و بهینهسازی عملکرد I/O: با ذخیرهسازی موقت دادهها، عملکرد ورودی/خروجی (I/O) بهینهسازی شده و عملیات خواندن و نوشتن دادهها سریعتر انجام میشود.
- کاهش تاخیر و بهینهسازی پهنای باند: یکی از اثرات کشینگ، کاهش زمان تاخیر (latency) در دسترسی به دادهها و بهینهسازی استفاده از پهنای باند شبکه است.
- کاهش فشار بر سرورها: با ذخیرهسازی دادهها در حافظه کش، نیازی به ارسال درخواستهای مکرر به سرور نیست و فشار کمتری به سرورها وارد میشود.
- دسترسی آفلاین و بهبود تجربه کاربری: کاربران میتوانند به دادهها و اطلاعات ذخیره شده در کش دسترسی پیدا کنند حتی در زمانی که به اینترنت متصل نیستند، که این امر تجربه کاربری را بهبود میبخشد.
- کاهش مصرف منابع و هزینههای شبکه: ذخیرهسازی دادهها در کش باعث کاهش مصرف منابع شبکه و کاهش هزینههای مربوط به انتقال دادهها میشود.
- افزایش پایداری سرور: با کاهش تعداد درخواستها به سرور، کشینگ موجب پایداری بیشتر سرورها میشود و از بروز مشکلات ناشی از بار زیاد جلوگیری میکند.
معایب کش
معایب کش شامل:
- امکان بارگذاری دادههای قدیمی: گاهی اوقات دادههایی که در کش ذخیره شدهاند ممکن است قدیمی شوند و باعث نمایش اطلاعات نادرست یا منسوخ شوند.
- ذخیرهسازی موقت دادهها: کش تنها دادهها را به طور موقت ذخیره میکند و بنابراین اطلاعات ممکن است به سرعت از بین بروند.
- مصرف منابع و اشغال فضای ذخیرهسازی: ذخیرهسازی دادهها در حافظه کش، به ویژه در دستگاههای محدود، میتواند منابع سیستم را مصرف کرده و فضای ذخیرهسازی را اشغال کند.
- کاهش سرعت مرورگر: گاهی اوقات کش میتواند باعث کاهش عملکرد مرورگر شود، به ویژه زمانی که دادههای ذخیرهشده به روزرسانی نشوند یا کش به اندازه کافی مدیریت نشود.
- کاهش امنیت: در بعضی موارد، کشینگ میتواند خطراتی برای امنیت اطلاعات ایجاد کند، چرا که دادههای حساس ممکن است به صورت غیرمجاز ذخیره و در دسترس قرار گیرند.
کاربردهای کشینگ
کشینگ در حوزههای مختلفی کاربرد دارد که به بهبود سرعت و عملکرد سیستمها کمک میکند:
- وبسایتها و اپلیکیشنها: افزایش سرعت بارگذاری صفحات وب و اپلیکیشنها.
- اینترنت اشیاء (IoT) و دستگاههای هوشمند: بهینهسازی عملکرد دستگاههای متصل به اینترنت با ذخیرهسازی دادهها در کش.
- سرویسهای پخش ویدئو: بهبود کیفیت و سرعت پخش ویدئوها با ذخیرهسازی دادههای ویدئویی در کش.
- بورس و خدمات بانکداری آنلاین: افزایش سرعت پاسخدهی در معاملات آنلاین و خدمات مالی.
- تجارت الکترونیک و بازیهای آنلاین: بهبود تجربه خرید آنلاین و اجرای بازیها با سرعت بالا.
- پلتفرمهای شبکههای اجتماعی: کشینگ دادههای کاربران و پستها برای کاهش تاخیر در نمایش محتوا.
- موتورهای جستجو: بهینهسازی زمان جستجو با ذخیرهسازی نتایج جستجو در کش.
- GPSها و سیستمهای ناوبری: ذخیرهسازی دادههای مسیر و نقشهها برای دسترسی سریعتر.
- پلتفرمهای آموزش آنلاین: بهبود دسترسی به منابع آموزشی و کاهش زمان بارگذاری محتواهای آموزشی.
- استفاده گسترده از کشینگ در زمینههای مختلف فناوری اطلاعات و اینترنت.
الگوریتمهای کشینگ
در کشینگ، برای مدیریت دادهها و ذخیرهسازی بهینه، از الگوریتمهای مختلفی استفاده میشود. برخی از معروفترین الگوریتمهای کشینگ عبارتند از:
- الگوریتم LRU (Least Recently Used): در این الگوریتم، هنگامی که حافظه کش پر میشود، آیتمهایی که برای مدت زمان طولانی استفاده نشدهاند، ابتدا حذف میشوند. این الگوریتم معمولاً برای مواقعی استفاده میشود که دادههای جدیدتر بیشتر مورد استفاده قرار میگیرند.
- الگوریتم LFU (Least Frequently Used): در این الگوریتم، دادههایی که به ندرت استفاده میشوند، حذف میشوند. بر اساس تعداد دفعات استفاده از دادهها در یک بازه زمانی مشخص، آیتمهایی که کمترین استفاده را دارند از حافظه کش حذف میشوند. مثالی از این الگوریتم، حذف دادههایی است که تنها یک یا دو بار از آنها استفاده شده است.
- الگوریتم MRU (Most Recently Used): این الگوریتم برعکس LRU عمل میکند و آیتمهایی که اخیراً بیشترین استفاده را داشتهاند را از کش حذف میکند. این الگوریتم زمانی مفید است که بیشتر به آیتمهای قدیمیتر نیاز داشته باشید تا به جدیدترینها.
- الگوریتم FIFO (First-In-First-Out): این الگوریتم یکی از سادهترین الگوریتمهای کشینگ است که به ترتیب زمانی ورود دادهها به کش، عمل میکند. به این معنی که قدیمیترین دادههای ذخیرهشده در کش، زمانی که حافظه کش پر میشود، ابتدا از کش حذف میشوند. این الگوریتم عملکرد سادهای دارد اما ممکن است در برخی شرایط بهینه نباشد.
هرکدام از این الگوریتمها و مزایا و معایب کشینگ، در کاربردهای خاص خود مفید هستند و به انتخاب مناسبترین الگوریتم بر اساس نیاز سیستم کمک میکنند.
جمعبندی
کشینگ یک ابزار ضروری برای بهبود سرعت و کارایی وبسایتها و اپلیکیشنهاست. این تکنیک با کاهش فشار سرورها و بهینهسازی استفاده از منابع، تجربه کاربری را به طور قابل توجهی بهبود میدهد. البته باید به معایب آن مانند ذخیرهسازی دادههای قدیمی نیز توجه داشت. اگر به دنبال راهحلهای بهینهسازی برای سایت یا اپلیکیشن خود هستید، فریا میتواند به شما کمک کند. برای اطلاعات بیشتر و دریافت مشاوره، به سایت فریا سر بزنید.
سؤالات متداول
1- آیا کشینگ میتواند رتبه وبسایتها را بهبود دهد؟
بله، استفاده از کشینگ میتواند سرعت بارگذاری صفحات وب را افزایش دهد که این امر در نهایت تأثیر مثبتی بر رتبهبندی سایتها در نتایج جستجو (SERP) دارد.
2- آیا پاک کردن کش موجب بروز مشکل میشود؟
معمولا پاک کردن کش مشکلی ایجاد نمیکند، اما پس از پاکسازی کش، ممکن است بارگذاری برخی محتوای وبسایتها با تاخیر مواجه شود زیرا مرورگرها باید مجدداً درخواستهایی برای بارگذاری المانهایی مثل تصاویر از سرور ارسال کنند.
3- آیا مرورگرها میتوانند محتوای دینامیک را ذخیره کنند؟
بله، مرورگرهای مدرن قادر به ذخیرهسازی محتوای دینامیک تا حدی هستند، اما این کار پیچیدهتر از ذخیرهسازی محتوای استاتیک است. زیرا محتوای دینامیک به صورت مداوم تغییر میکند و بر اساس تعاملات کاربران با سایت، تولید میشود.
4- آیا کشینگ در سطح سختافزار یا نرمافزار انجام میشود؟
کشینگ میتواند هم در سطح نرمافزار و هم در سطح سختافزار انجام شود. دادهها میتوانند در حافظههای نرمافزاری یا در حافظههای سختافزاری کش ذخیره شوند.
5- مهمترین ابزارهای کشینگ وبسایت وردپرسی کدامند؟
ابزارهای کشینگ مختلفی در دسترس هستند که هرکدام ویژگیها و کاربردهای خاص خود را دارند. افزونه ها و ابزار های داخلی سرور و همین طور فضا های ابری