بهبود عملکرد برنامه‌های وب با Caching

مقدمه

در دنیای پرشتاب وب، کاربران انتظار دارند صفحات وب در کسری از ثانیه بارگذاری شوند. یکی از عوامل مهم برای کاهش زمان بارگذاری صفحات، استفاده صحیح از مکانیزم‌های Caching است. کشینگ با ذخیره نسخه‌هایی از داده یا صفحات می‌تواند بار روی سرور را کاهش داده، پاسخ‌گویی را سریع‌تر کند و تجربه مطلوب‌تری برای کاربر فراهم آورد.

تصویری انتزاعی از فرایندهای کشینگ در یک محیط دیجیتال

کش چیست و چرا مهم است؟

Cache یا کش یک مکانیزم ذخیره‌سازی موقتی است که داده‌هایی را که به صورت مکرر مورد استفاده قرار می‌گیرند، در محلی سریع‌تر از منابع اصلی ذخیره می‌کند. هدف اصلی آن کاهش زمان واکشی داده و جلوگیری از بار اضافی روی منابع مانند پایگاه داده یا فایل سیستم است.

مزایای استفاده از کش

کاهش زمان بارگذاری صفحات
کاهش مصرف پهنای باند و منابع سرور
افزایش مقیاس‌پذیری برنامه‌های تحت وب
بهبود تجربه کاربری

انواع Cache در برنامه‌های وب

کش‌ها در سطوح مختلفی از سیستم استفاده می‌شوند. در ادامه مهم‌ترین انواع کش را بررسی می‌کنیم:

1. کش مرورگر (Browser Cache)

وقتی کاربر یک صفحه وب را بازدید می‌کند، فایل‌هایی مانند CSS، تصاویر و JavaScript در مرورگرش ذخیره می‌شود. با تنظیم صحیح Cache-Control یا ETag در هدر HTTP، می‌توان از این نوع کش استفاده کرد.

Cache-Control: public, max-age=86400

این هدر باعث می‌شود مرورگر فایل را تا ۲۴ ساعت کش کند.

2. کش CDN (شبکه تحویل محتوا)

CDNها کپی‌هایی از فایل‌های استاتیک سایت را در نقاط جغرافیایی مختلف ذخیره می‌کنند. این امر باعث افزایش سرعت دسترسی کاربران می‌شود.

3. کش سمت سرور

در اپلیکیشن‌های سمت سرور مانند ASP.NET Core، می‌توانید خروجی صفحات یا دیتاهای پرتکرار را کش کنید. برای مثال در ASP.NET Core می‌توان به سادگی از Memory Cache استفاده کرد:

// افزودن به cache
_memoryCache.Set("key", result, TimeSpan.FromMinutes(5));

// خواندن از cache
var data = _memoryCache.Get("key");

4. کش پایگاه داده

می‌توان نتایج کوئری‌هایی که زیاد استفاده می‌شوند را کش کرد تا از بار روی دیتابیس کاسته شود.

تکنیک‌های پیشرفته کشینگ

1. Output Caching

ذخیره کل خروجی پاسخ HTTP به صورت HTML. این تکنیک معمولاً برای صفحات عمومی مناسب است.

2. Fragment Caching

ذخیره یک بخش خاص از صفحه - به‌خصوص زمانی مفید است که کل صفحه داینامیک است اما بعضی بخش‌ها ثابت باقی می‌مانند.

3. Distributed Cache

برای برنامه‌هایی که روی چند سرور اجرا می‌شوند، استفاده از کش‌های توزیع‌شده مانند Redis یا NCache توصیه می‌شود.

// Redis استفاده از
services.AddStackExchangeRedisCache(options => {
    options.Configuration = "localhost:6379";
});

استراتژی‌های انقضا و به‌روزرسانی

مهم است بدانیم چه زمانی کش باید منقضی یا آپدیت شود. تکنیک‌هایی نظیر:

Absolute Expiration: داده بعد از زمان مشخصی منقضی می‌شود.
Sliding Expiration: هر بار دسترسی به داده، زمان انقضا تمدید می‌شود.
Manual Invalidation: در مواقع تغییر دیتا، به صورت دستی کش پاک‌سازی می‌شود.

نکات مهم در استفاده از کش

داده‌های حساس را در کش ذخیره نکنید.
همیشه برای داده‌های کش‌شده فاکتور انقضا تعیین کنید.
از مانیتورینگ و لاگ برای بررسی کارایی کش استفاده نمایید.
ترکیب حافظه‌های مختلف کش می‌تواند مفید باشد (ترکیب مرورگر + سرور).

مثال واقعی: پیاده‌سازی کش در ASP.NET Core

فرض کنید یک روش API داریم که لیستی از محصولات را از دیتابیس دریافت می‌کند. ما با استفاده از IDistributedCache این دیتا را در Redis ذخیره می‌کنیم:

public async Task<IActionResult> GetProducts()
{
    var cachedData = await _cache.GetStringAsync("products");
    if (!string.IsNullOrEmpty(cachedData))
    {
        return Ok(JsonConvert.DeserializeObject<List<Product>>(cachedData));
    }

    var products = await _dbContext.Products.ToListAsync();
    await _cache.SetStringAsync("products", JsonConvert.SerializeObject(products),
        new DistributedCacheEntryOptions { AbsoluteExpirationRelativeToNow = TimeSpan.FromMinutes(10) });

    return Ok(products);
}

جمع‌بندی

Caching یکی از ابزارهای قدرتمند و نسبتاً ساده برای افزایش عملکرد برنامه‌های وب است. با درک انواع مختلف کش و تنظیمات مناسب، می‌توانید اپلیکیشنی سریع، مقیاس‌پذیر و کارآمد طراحی کنید. در دوره بهینه‌سازی عملکرد در ASP.NET Core در Devtube.ir، می‌توانید این مفاهیم را به‌صورت کامل‌تر بیاموزید.

آیا تا به حال از Redis یا Output Cache استفاده کرده‌اید؟ تجربه خود را با ما در میان بگذارید.

چگونه با استفاده از Caching عملکرد برنامه‌های وب را بهبود دهیم؟