Отговорно кеширане на API Gateway за Frontend: Интелигентна стратегия за кеширане за глобална мащабируемост

В днешната бързо развиваща се дигитална среда, предоставянето на безпроблемно и отзивчиво потребителско изживяване е от първостепенно значение. Производителността на frontend пряко влияе върху ангажираността на потребителите, процента на реализация и цялостния бизнес успех. Критичен компонент в оптимизирането на производителността на frontend е ефективното кеширане на отговори от API gateway. Тази публикация в блога разглежда интелигентни стратегии за кеширане, предоставяйки практическо ръководство за разработчици и архитекти, целящи да изградят мащабируеми, високопроизводителни приложения за глобална аудитория.

Значението на кеширането на отговори от API Gateway

API Gateways действат като централна точка за достъп за всички API заявки, предоставяйки основни функционалности като удостоверяване, оторизация, ограничаване на честотата на заявките и трансформация на заявките. Внедряването на кеширане на отговори на ниво API gateway предлага значителни предимства:

• Намалена латентност: Кеширането на често достъпвани отговори намалява необходимостта от извличане на данни от оригиналните сървъри, което води до по-бързо време за отговор.
• Подобрена производителност: Като обслужва кеширани отговори, API gateway може да обработва по-голям обем заявки, подобрявайки цялостната производителност и мащабируемост.
• Намалено натоварване на бекенда: Кеширането облекчава оригиналните сървъри, намалявайки процесорното натоварване и вероятността от претоварване по време на пикови периоди на трафик.
• Спестяване на разходи: Като минимизира заявките към оригиналните сървъри, кеширането може да доведе до спестяване на разходи за сървърни ресурси и употреба на честотна лента.
• Подобрено потребителско изживяване: По-бързото време за отговор води до по-отзивчиво и ангажиращо потребителско изживяване, което води до повишена удовлетвореност и задържане на потребителите.

Разбиране на HTTP механизмите за кеширане

HTTP кеширането е основата на ефективното кеширане на отговори. Няколко HTTP заглавия управляват поведението на браузърите и кеширащите проксита. Разбирането на тези заглавия е от решаващо значение за прилагането на интелигентни стратегии за кеширане.

Заглавие Cache-Control

Заглавието Cache-Control е най-важното заглавие за контролиране на поведението на кеширане. Ключовите директиви включват:

• public: Показва, че отговорът може да бъде кеширан от всяко кеширащо устройство (напр. споделени кешове, CDN).
• private: Показва, че отговорът е предназначен за един потребител и не трябва да бъде кеширан от споделени кешове.
• no-cache: Позволява кеширане на отговора, но изисква повторна валидация с оригиналния сървър, преди да бъде използван. Кешът трябва да провери с оригиналния сървър дали кешираната версия все още е валидна.
• no-store: Показва, че отговорът не трябва да бъде кеширан изобщо.
• max-age=: Указва максималното време (в секунди), през което отговорът може да бъде кеширан.
• s-maxage=: Подобно на max-age, но се прилага специално за споделени кешове (напр. CDN).
• must-revalidate: Изисква кешът да валидира отново отговора с оригиналния сървър, след като е изтекъл.
• proxy-revalidate: Подобно на must-revalidate, но се прилага специално за прокси кешове.

Пример:

            Cache-Control: public, max-age=3600
            

              
                Copy
              
            
          

Това позволява отговорът да бъде кеширан публично за до 1 час (3600 секунди).

Заглавие Expires

Заглавието Expires указва абсолютна дата и час, след които отговорът се счита за остарял. Въпреки че все още се поддържа, Cache-Control с max-age обикновено е предпочитан.

Пример:

            Expires: Tue, 19 Jan 2038 03:14:07 GMT
            

              
                Copy
              
            
          

Заглавия ETag и Last-Modified

Тези заглавия се използват за условни заявки и валидация на кеша. Заглавието ETag (entity tag) предоставя уникален идентификатор за отговора, докато заглавието Last-Modified указва последното време, когато ресурсът е бил променян. Когато клиент изпрати заявка с If-None-Match (за ETag) или If-Modified-Since (за Last-Modified) заглавия, сървърът може да отговори със статус код 304 Not Modified, ако ресурсът не е променен, инструктирайки клиента да използва кешираната версия.

Пример (ETag):

            ETag: "W/"a1b2c3d4e5f6""
            

              
                Copy
              
            
          

Пример (Last-Modified):

            Last-Modified: Tue, 19 Jan 2023 10:00:00 GMT
            

              
                Copy
              
            
          

Интелигентни стратегии за кеширане

Внедряването на ефективни стратегии за кеширане включва повече от просто задаване на Cache-Control заглавия. Ето някои интелигентни стратегии, които да обмислите:

1. Дизайн на ключа за кеш

Ключът за кеш уникално идентифицира кеширан отговор. Добре проектиран ключ за кеш е от решаващо значение за избягване на конфликти в кеша и гарантиране, че се обслужват правилните отговори.

• Включете релевантни параметри на заявката: Ключът за кеш трябва да включва всички параметри, които влияят на отговора. Например, ако заявката включва потребителски ID, ключът за кеш трябва да включва потребителското ID.
• Обмислете метода на заявката: Различните HTTP методи (GET, POST, PUT, DELETE) често имат различни последствия за кеширането.
• Нормализация: Нормализирайте ключа за кеш, за да избегнете вариации, които могат да доведат до множество записи в кеша за едно и също съдържание. Това може да включва сортиране на параметрите на заявката или стандартизиране на главните букви.
• Хеширане: За сложни ключове за кеш, обмислете използването на алгоритъм за хеширане (напр. SHA-256), за да генерирате по-къс, по-лесен за управление ключ.

Пример:

За GET заявка към /products?category=electronics&page=2, добър ключ за кеш може да бъде: GET:/products?category=electronics&page=2 или хеш на URL адреса и параметрите.

2. Инвалидиране на кеша

Инвалидирането на кеша е процесът на премахване или актуализиране на кеширани отговори, когато основната информация се променя. Това е от решаващо значение, за да се гарантира, че потребителите винаги виждат най-актуалната информация. Стратегиите включват:

• Инвалидиране, базирано на време: Използвайте max-age или s-maxage, за да изтекат автоматично кешираните отговори след определено време.
• Инвалидиране, задвижвано от събития: Внедрете механизъм за инвалидиране на кеша, когато данните се променят. Това може да включва публикуване на събития към опашка за съобщения (напр. Kafka, RabbitMQ), към която API gateway се абонира.
• Изчистване по ключ: Позволете на API gateway да инвалидира специфични записи в кеша въз основа на техните ключове за кеш.
• Изчистване по шаблон: Предоставете възможност за инвалидиране на множество записи в кеша, които отговарят на определен шаблон (напр. всички записи в кеша, свързани с конкретна категория продукти).

Пример:

Когато продукт бъде актуализиран в базата данни, API gateway може да бъде уведомен, за да инвалидира записите в кеша, свързани със страницата с подробности за този продукт, страницата със списъка с продукти или всяко друго съответно кеширано съдържание.

3. Интеграция с CDN

Мрежите за доставка на съдържание (CDN) разпределят съдържанието на множество сървъри, разположени географски по-близо до потребителите. Интегрирането на CDN с API gateway значително подобрява производителността за глобални потребители.

• Конфигуриране на кеширането на CDN: Задайте подходящи Cache-Control заглавия, за да позволите на CDN да кешира отговорите.
• Изчистване на CDN: Внедрете механизъм за изчистване на кеша на CDN, когато данните се променят. Повечето CDN предлагат API крайни точки за изчистване на съдържание по URL или ключ за кеш.
• Защита на оригиналния сървър: Конфигурирайте CDN да кешира съдържание от определен оригинален сървър (напр. API gateway), за да намали натоварването на оригиналния сървър и да подобри производителността.

Пример:

Използвайки CDN като Cloudflare, AWS CloudFront или Akamai, можете да кеширате API отговори по-близо до потребителите в различни региони като Европа, Северна Америка и Азиатско-Тихоокеанския регион, драматично подобрявайки времето за отговор за потребителите в тези области.

4. Селективно кеширане

Не всички API отговори са подходящи за кеширане. Внедрете селективно кеширане, за да оптимизирате производителността, без да компрометирате целостта на данните.

• Кеширане на статично съдържание: Кеширайте отговори, които са статични или рядко се актуализират (напр. продуктови каталози, публикации в блогове).
• Избягвайте кеширането на чувствителни данни: Не кеширайте отговори, съдържащи чувствителна или персонализирана информация (напр. данни за потребителски акаунти, финансови транзакции). Използвайте private или no-store за тези отговори.
• Кеширане въз основа на тип заявка: Кеширайте GET заявки (които обикновено са безопасни) по-агресивно от POST, PUT или DELETE заявки (които могат да имат странични ефекти).
• Използвайте заглавие Vary: Заглавието Vary информира кеша кои заглавия на заявките трябва да се вземат предвид при определяне дали кеширан отговор може да бъде използван. Например, ако вашият API предоставя различно съдържание въз основа на езиковите предпочитания на потребителя, заглавието Vary: Accept-Language казва на кеша да съхранява отделни отговори за различни езици.

Пример:

API за подробности за продукт може да кешира информацията за продукта за 24 часа, докато API, обработващ удостоверяването на потребителя, никога не трябва да бъде кеширан.

5. Мониторинг и настройка

Редовно наблюдавайте производителността на кеша и настройвайте стратегиите за кеширане въз основа на наблюдаваното поведение. Това включва:

• Съотношение на попаденията в кеша (Cache Hit Ratio): Проследявайте процента на заявките, които се обслужват от кеша. Високото съотношение на попадения в кеша показва ефективно кеширане.
• Съотношение на пропуските в кеша (Cache Miss Ratio): Проследявайте процента на заявките, които пропускат кеша и изискват извличане от оригиналния сървър.
• Размер на кеша: Наблюдавайте размера на кеша, за да се уверите, че не надвишава ограниченията за съхранение.
• Времена за отговор: Измервайте времената за отговор, за да идентифицирате потенциални тесни места или проблеми с кеширането.
• Нива на грешки: Наблюдавайте нивата на грешки, за да идентифицирате проблеми с инвалидирането на кеша или други механизми за кеширане.
• Използвайте инструменти за мониторинг: Използвайте инструменти като Prometheus, Grafana и персонализирани табла за визуализация на метриките и тенденциите на производителността на кеша. AWS CloudWatch и Google Cloud Monitoring също предоставят ценни възможности за мониторинг.

Пример:

Ако съотношението на попаденията в кеша е ниско, може да се наложи да коригирате дизайна на ключа за кеш, продължителността на кеширане или стратегиите за инвалидиране. Ако времето за отговор е бавно, проучете мрежовата латентност, производителността на оригиналния сървър или капацитета на кеша.

Най-добри практики за глобална мащабируемост

При проектиране на стратегии за кеширане за глобална аудитория, обмислете тези най-добри практики:

1. Кеширане, базирано на геолокация

Адаптирайте стратегиите за кеширане въз основа на географското местоположение на потребителите. Това може да бъде постигнато чрез:

• Използване на CDN с Edge Locations: Разположете CDN с edge locations, стратегически разположени по целия свят, за да донесете съдържанието по-близо до потребителите.
• Внедряване на регионално специфично кеширане: Кеширайте различни версии на съдържанието въз основа на местоположението на потребителя (напр. различни езикови версии, валутни формати или регионални цени).
• Използване на заглавието `Vary` с `Accept-Language` или `X-Country-Code`: Използвайте заглавието `Vary`, за да съхранявате множество кеширани версии на съдържанието въз основа на предпочитания език или държава на потребителя. Заглавието `X-Country-Code`, попълнено от API gateway въз основа на данни за геолокация, може да се използва за разграничаване на записи в кеша за потребители в различни държави.

Пример:

Глобален уебсайт за електронна търговия може да обслужва различни данни за продуктовия каталог въз основа на държавата на потребителя. Потребителите в САЩ ще виждат цени в USD, докато потребителите във Великобритания ще виждат цени в GBP. Заглавието Vary: X-Country-Code може да се използва за постигане на това.

2. Избор и конфигурация на мрежа за доставка на съдържание (CDN)

Изборът на правилния CDN и оптималната му конфигурация е от решаващо значение за глобалната производителност.

• Глобално покритие: Изберете CDN с широка мрежа от edge locations, за да осигурите ниска латентност за потребителите по целия свят. Обмислете CDN като Cloudflare, AWS CloudFront, Google Cloud CDN, Akamai и Fastly.
• Правила за кеширане: Дефинирайте специфични правила за кеширане за различни типове съдържание (напр. статични активи, API отговори), за да увеличите максимално съотношението на попаденията в кеша и да минимизирате натоварването на оригиналния сървър.
• Оптимизация на оригиналния сървър: Оптимизирайте оригиналния сървър, за да обработва ефективно заявките, като гарантирате, че CDN може ефективно да кешира съдържанието. Това включва използването на техники като оптимизация на изображения и минимизиране на код.
• Edge функционалност: Използвайте edge функции (напр. Cloudflare Workers, AWS Lambda@Edge), за да изпълнявате логика на ръба, като маршрутизиране на заявки, манипулиране на заглавия и A/B тестване, без да достигате до оригиналния сървър.

Пример:

Компания, насочена към потребители в Азия, Америка и Европа, би искала CDN с множество edge locations във всички тези региони, за да осигури оптимална производителност на всяка група.

3. Съображения за валута и локализация

Глобалните приложения често трябва да обработват различни валути и езикови формати. Стратегиите за кеширане трябва да отговарят на тези изисквания.

• Конвертиране на валута: Кеширайте цени в предпочитаната от потребителя валута. Обмислете използването на API за конвертиране на валута и кеширане на конвертираните цени.
• Езикова локализация: Обслужвайте съдържание на предпочитания от потребителя език. Заглавието на заявката Accept-Language и заглавието на отговора Vary: Accept-Language са от решаващо значение тук.
• Формати за дата и час: Форматирайте дати и часове според локала на потребителя.
• Регионално специфично съдържание: Съхранявайте различни версии на съдържанието въз основа на региона на потребителя (напр. наличност на продукти, правни откази).

Пример:

Уебсайт за електронна търговия динамично ще показва продуктови цени във местната валута на текущото местоположение на потребителя. Той може да използва IP адреса на потребителя или заглавието `Accept-Language`, за да определи тяхното местоположение и предпочитание за валута, след което да кешира подходящите данни за цените.

4. Обработка на часови зони

Когато работите с чувствителни към времето данни, като събития, промоции или информация за резервации, точното обработване на часови зони е от решаващо значение.

• Съхранявайте времеви печати в UTC: Съхранявайте всички времеви печати в координирано универсално време (UTC) в бекенда.
• Конвертирайте към часовата зона на потребителя: Конвертирайте UTC времеви печати към часовата зона на потребителя във frontend или API gateway, преди да покажете информацията. Обмислете използването на библиотека като Moment.js или Luxon за конвертиране на часови зони.
• Кеширане на информация, специфична за часова зона: Ако трябва да кеширате данни, специфични за часова зона (напр. начални часове на събития), уверете се, че сте включили информация за часова зона в ключа за кеш.

Пример:

Платформа за резервации на събития трябва да обработва резервации в различни часови зони. API може да съхранява началния час на събитието в UTC, да го конвертира в часовата зона на потребителя въз основа на тяхното местоположение и след това да кешира информацията за събитието за специфичната часова зона на потребителя.

5. Edge-Side Includes (ESI)

Edge-Side Includes (ESI) е език за маркиране, който ви позволява да изграждате уеб страници от фрагменти, кеширани на различни места. Тази техника може да бъде особено полезна за динамично съдържание в глобално разпределена среда.

• Фрагментиране на съдържанието: Разделете страницата на по-малки фрагменти, които могат да бъдат кеширани независимо.
• Кеширане на фрагменти: Кеширайте фрагментите на различни места въз основа на тяхната честота на промяна и аудитория.
• Сглобяване на страници на ръба: Сглобете страницата на CDN ръба, използвайки кеширани фрагменти.

Пример:

Новинарски уебсайт може да използва ESI, за да кешира основното съдържание на статията, навигационното меню и свързаните статии отделно. Основното съдържание на статията ще бъде кеширано за по-кратък период от време от навигационното меню. CDN ще сглоби страницата в движение, извличайки от различните кешове.

Избор на правилния API Gateway за кеширане

Изборът на подходящ API gateway е от съществено значение за внедряването на ефективна стратегия за кеширане. Обмислете следните фактори при избора на API gateway:

• Възможности за кеширане: Предлага ли API gateway вградени функции за кеширане, или трябва да интегрирате отделно решение за кеширане?
• Производителност и мащабируемост: Може ли API gateway да се справи с очаквания обем трафик и да се мащабира, за да отговори на бъдещи нужди?
• Интеграция с CDN: Интегрира ли се API gateway безпроблемно с избрания от вас CDN?
• Конфигурация и управление: Лесен ли е API gateway за конфигуриране и управление? Предоставя ли възможности за мониторинг и регистриране?
• Функции за сигурност: Предлага ли API gateway надеждни функции за сигурност, като удостоверяване, оторизация и ограничаване на честотата на заявките?
• Поддръжка на HTTP заглавия: Пълна поддръжка за манипулиране и разбиране на HTTP заглавия, включително Cache-Control, Expires, ETag и Vary.

Популярни опции за API Gateway:

• AWS API Gateway: Предоставя вградено кеширане, интеграция с CDN (CloudFront) и набор от функции за сигурност.
• Google Cloud Apigee: Предлага мощни възможности за кеширане, интеграция с CDN (Cloud CDN) и усъвършенствана аналитика.
• Azure API Management: Включва стабилно кеширане, интеграция с CDN (Azure CDN) и цялостни функции за управление на API.
• Kong: API gateway с отворен код с обширни възможности за кеширане, гъвкава архитектура за плъгини и поддръжка на различни бекенд технологии.
• Tyk: Друг API gateway с отворен код, който поддържа усъвършенствано кеширане, ограничаване на честотата на заявките и удостоверяване.

Заключение

Внедряването на интелигентно кеширане на отговори от API gateway е от решаващо значение за оптимизиране на производителността на frontend, предоставяне на превъзходно потребителско изживяване и изграждане на мащабируеми приложения за глобална аудитория. Като разбирате HTTP механизмите за кеширане, прилагате ефективни стратегии за кеширане, интегрирате с CDN и непрекъснато наблюдавате и настройвате вашата конфигурация за кеширане, можете значително да подобрите времето за отговор, да намалите натоварването на бекенда и да подобрите ангажираността на потребителите. Не забравяйте да вземете предвид специфичните нужди на вашите глобални потребители, като вземете предвид фактори като геолокация, валута, език и часови зони. Като следвате най-добрите практики, очертани в тази публикация в блога, можете да изградите високопроизводителни и глобално достъпни приложения, които радват потребителите по целия свят.

Тъй като технологиите и очакванията на потребителите се развиват, непрекъснатото обучение и адаптация са от съществено значение. Бъдете информирани за най-новите техники за кеширане, функции на API gateway и напредък в CDN, за да гарантирате, че вашата стратегия за кеширане остава ефективна. Инвестирайки в добре проектирана и поддържана стратегия за кеширане, можете да създадете наистина първокласно потребителско изживяване за вашата глобална аудитория.

Допълнително проучване

Ето няколко ресурса, които да се задълбочат в темите, обсъдени в тази публикация в блога:

• MDN Web Docs за HTTP Caching: https://developer.mozilla.org/en-US/docs/Web/HTTP/Caching
• W3C спецификации за кеширане: https://www.w3.org/Protocols/rfc2616/rfc2616-sec13.html
• Документация на доставчиците на CDN (напр. Cloudflare, AWS CloudFront, Google Cloud CDN): Обърнете се към документацията на избрания от вас CDN доставчик за специфични подробности за внедряване и най-добри практики.
• Документация на API Gateway (напр. AWS API Gateway, Google Cloud Apigee, Azure API Management): Консултирайте се с документацията на вашия API gateway, за да разберете неговите възможности за кеширане и опции за конфигурация.