Frontend veiktspējas apgūšana: Padziļināts ieskats Service Worker kešatmiņas pārvaldības politikās

Mūsdienu tīmekļa ekosistēmā veiktspēja nav funkcija; tā ir fundamentāla prasība. Lietotāji visā pasaulē, izmantojot tīklus no ātrgaitas optiskās šķiedras līdz periodiskam 3G, sagaida ātru, uzticamu un saistošu pieredzi. Service workers ir kļuvuši par stūrakmeni šo nākamās paaudzes tīmekļa lietojumprogrammu, īpaši Progresīvo tīmekļa lietotņu (PWA), veidošanā. Tie darbojas kā programmējams starpniekserveris (proxy) starp jūsu lietojumprogrammu, pārlūkprogrammu un tīklu, sniedzot izstrādātājiem nepieredzētu kontroli pār tīkla pieprasījumiem un kešatmiņas izmantošanu.

Tomēr vienkāršas kešatmiņas stratēģijas ieviešana ir tikai pirmais solis. Patiesa meistarība slēpjas efektīvā kešatmiņas pārvaldībā. Nepārvaldīta kešatmiņa var ātri kļūt par problēmu, pasniedzot novecojušu saturu, patērējot pārmērīgu diska vietu un galu galā pasliktinot lietotāja pieredzi, ko tai bija paredzēts uzlabot. Šeit izšķiroša nozīme ir labi definētai kešatmiņas pārvaldības politikai.

Šis visaptverošais ceļvedis jūs aizvedīs tālāk par kešatmiņas izmantošanas pamatiem. Mēs izpētīsim mākslu un zinātni par jūsu kešatmiņas dzīves cikla pārvaldību, sākot ar stratēģisku kešatmiņas anulēšanu (invalidation) un beidzot ar inteliģentām izmešanas (eviction) politikām. Mēs apskatīsim, kā veidot robustas, pašuzturošas kešatmiņas, kas nodrošina optimālu veiktspēju katram lietotājam neatkarīgi no viņa atrašanās vietas vai tīkla kvalitātes.

Galvenās kešatmiņas stratēģijas: Pamatu pārskats

Pirms iedziļināties pārvaldības politikās, ir būtiski gūt stabilu izpratni par fundamentālajām kešatmiņas stratēģijām. Šīs stratēģijas nosaka, kā service worker reaģē uz ielādes notikumu (fetch event) un veido jebkuras kešatmiņas pārvaldības sistēmas pamatelementus. Uztveriet tās kā taktiskus lēmumus, ko pieņemat katram atsevišķam pieprasījumam.

Vispirms kešatmiņa (vai tikai kešatmiņa)

Šī stratēģija par prioritāti izvirza ātrumu, vispirms pārbaudot kešatmiņu. Ja tiek atrasta atbilstoša atbilde, tā tiek nekavējoties pasniegta, nemaz nepieskaroties tīklam. Ja nē, pieprasījums tiek nosūtīts uz tīklu, un atbilde (parasti) tiek saglabāta kešatmiņā turpmākai lietošanai. Variants "Tikai kešatmiņa" (Cache Only) nekad neatgriežas pie tīkla, padarot to piemērotu resursiem, par kuriem jūs zināt, ka tie jau ir kešatmiņā.

• Kā tas darbojas: Pārbaudīt kešatmiņu -> Ja atrasts, atgriezt. Ja nav atrasts, ielādēt no tīkla -> Saglabāt atbildi kešatmiņā -> Atgriezt atbildi.
• Vislabāk piemērots: Lietojumprogrammas "apvalkam" (shell)—galvenajiem HTML, CSS, un JavaScript failiem, kas ir statiski un reti mainās. Ideāli piemērots arī fontiem, logotipiem un versiju resursiem.
• Globālā ietekme: Nodrošina tūlītēju, lietotnei līdzīgu ielādes pieredzi, kas ir ļoti svarīga lietotāju noturēšanai lēnos vai neuzticamos tīklos.

Implementācijas piemērs:

            self.addEventListener('fetch', event => {
  event.respondWith(
    caches.match(event.request)
      .then(cachedResponse => {
        // Return the cached response if it's found
        if (cachedResponse) {
          return cachedResponse;
        }
        // If not in cache, go to the network
        return fetch(event.request);
      })
  );
});
            

              
                Copy
              
            
          

Vispirms tīkls

Šī stratēģija par prioritāti izvirza aktualitāti. Tā vienmēr vispirms mēģina ielādēt resursu no tīkla. Ja tīkla pieprasījums ir veiksmīgs, tā pasniedz svaigo atbildi un parasti atjaunina kešatmiņu. Tikai tad, ja tīkls neizdodas (piemēram, lietotājs ir bezsaistē), tā atgriežas pie satura pasniegšanas no kešatmiņas.

• Kā tas darbojas: Ielādēt no tīkla -> Ja veiksmīgi, atjaunināt kešatmiņu un atgriezt atbildi. Ja neizdodas, pārbaudīt kešatmiņu -> Atgriezt kešatmiņā saglabāto atbildi, ja tā ir pieejama.
• Vislabāk piemērots: Resursiem, kas bieži mainās un kuriem lietotājam vienmēr jāredz jaunākā versija. Piemēram, API izsaukumi lietotāja konta informācijai, iepirkumu groza saturam vai jaunākajām ziņām.
• Globālā ietekme: Nodrošina datu integritāti kritiskai informācijai, bet var šķist lēna vājos savienojumos. Bezsaistes rezerves variants ir tās galvenā noturības iezīme.

Implementācijas piemērs:

            self.addEventListener('fetch', event => {
  event.respondWith(
    fetch(event.request)
      .then(networkResponse => {
        // Also, update the cache with the new response
        return caches.open('dynamic-cache').then(cache => {
          cache.put(event.request, networkResponse.clone());
          return networkResponse;
        });
      })
      .catch(() => {
        // If the network fails, try to serve from the cache
        return caches.match(event.request);
      })
  );
});
            

              
                Copy
              
            
          

Novecojis-kamēr-pārbauda (Stale-While-Revalidate)

Bieži uzskatīta par labāko no abām pasaulēm, šī stratēģija nodrošina līdzsvaru starp ātrumu un aktualitāti. Tā vispirms nekavējoties atbild ar kešatmiņā saglabāto versiju, nodrošinot ātru lietotāja pieredzi. Vienlaikus tā nosūta pieprasījumu tīklam, lai ielādētu atjauninātu versiju. Ja tiek atrasta jaunāka versija, tā atjaunina kešatmiņu fonā. Lietotājs redzēs atjaunināto saturu nākamajā apmeklējuma vai mijiedarbības reizē.

• Kā tas darbojas: Nekavējoties atbildēt ar kešatmiņā saglabāto versiju. Pēc tam, ielādēt no tīkla -> Atjaunināt kešatmiņu fonā nākamajam pieprasījumam.
• Vislabāk piemērots: Nekritiskam saturam, kas gūst labumu no tā, ka ir aktuāls, bet kur nedaudz novecojušu datu rādīšana ir pieņemama. Piemēram, sociālo mediju plūsmas, avatari vai rakstu saturs.
• Globālā ietekme: Šī ir fantastiska stratēģija globālai auditorijai. Tā nodrošina tūlītēju uztverto veiktspēju, vienlaikus nodrošinot, ka saturs nekļūst pārāk novecojis, un lieliski darbojas visos tīkla apstākļos.

Implementācijas piemērs:

            self.addEventListener('fetch', event => {
  event.respondWith(
    caches.open('dynamic-content-cache').then(cache => {
      return cache.match(event.request).then(cachedResponse => {
        const fetchPromise = fetch(event.request).then(networkResponse => {
          cache.put(event.request, networkResponse.clone());
          return networkResponse;
        });

        // Return the cached response if available, while the fetch happens in the background
        return cachedResponse || fetchPromise;
      });
    })
  );
});
            

              
                Copy
              
            
          

Lietas būtība: Proaktīvas kešatmiņas pārvaldības politikas

Pareizās ielādes stratēģijas izvēle ir tikai puse no uzdevuma. Proaktīva pārvaldības politika nosaka, kā jūsu kešatmiņā saglabātie resursi tiek uzturēti laika gaitā. Bez tās jūsu PWA krātuve varētu ātri piepildīties ar novecojušiem un neatbilstošiem datiem. Šajā sadaļā aplūkoti stratēģiski, ilgtermiņa lēmumi par jūsu kešatmiņas veselību.

Kešatmiņas anulēšana: Kad un kā dzēst datus

Kešatmiņas anulēšana (cache invalidation) ir viena no slavenākajām un grūtākajām problēmām datorzinātnē. Mērķis ir nodrošināt, ka lietotāji saņem atjauninātu saturu, kad tas ir pieejams, nepiespiežot viņus manuāli tīrīt savus datus. Šeit ir visefektīvākās anulēšanas metodes.

1. Kešatmiņu versiju veidošana

Šī ir visrobustākā un izplatītākā metode lietojumprogrammas apvalka pārvaldībai. Ideja ir izveidot jaunu kešatmiņu ar unikālu, versijas nosaukumu katru reizi, kad jūs izvietojat jaunu lietojumprogrammas versiju ar atjauninātiem statiskajiem resursiem.

Process darbojas šādi:

• Instalēšana: Jaunā service worker `install` notikuma laikā izveidojiet jaunu kešatmiņu (piemēram, `static-assets-v2`) un iepriekš saglabājiet visus jaunos lietotnes apvalka failus.
• Aktivizēšana: Kad jaunais service worker pāriet uz `activate` fāzi, tas iegūst kontroli. Šis ir ideāls laiks, lai veiktu tīrīšanu. Aktivizācijas skripts iterē cauri visiem esošajiem kešatmiņu nosaukumiem un dzēš visus, kas neatbilst pašreizējai, aktīvajai kešatmiņas versijai.

Praktisks ieskats: Tas nodrošina tīru pāreju starp lietojumprogrammu versijām. Lietotāji vienmēr saņems jaunākos resursus pēc atjauninājuma, un vecie, neizmantotie faili tiek automātiski dzēsti, novēršot krātuves pārplūšanu.

Koda piemērs tīrīšanai `activate` notikumā:

            const STATIC_CACHE_NAME = 'static-assets-v2';

self.addEventListener('activate', event => {
  console.log('Service Worker activating.');
  event.waitUntil(
    caches.keys().then(cacheNames => {
      return Promise.all(
        cacheNames.map(cacheName => {
          // If the cache name is not our current static cache, delete it
          if (cacheName !== STATIC_CACHE_NAME) {
            console.log('Deleting old cache:', cacheName);
            return caches.delete(cacheName);
          }
        })
      );
    })
  );
});
            

              
                Copy
              
            
          

2. Dzīvildze (Time-to-Live, TTL) jeb maksimālais vecums

Dažiem datiem ir paredzams dzīves ilgums. Piemēram, API atbilde par laikapstākļu datiem var tikt uzskatīta par svaigu tikai vienu stundu. TTL politika ietver laika zīmoga glabāšanu kopā ar kešatmiņā saglabāto atbildi. Pirms pasniegt kešatmiņā esošu vienumu, jūs pārbaudāt tā vecumu. Ja tas ir vecāks par noteikto maksimālo vecumu, jūs to uzskatāt par kešatmiņas kļūdu (cache miss) un ielādējat jaunu versiju no tīkla.

Lai gan Cache API to dabiski neatbalsta, jūs to varat ieviest, glabājot metadatus IndexedDB vai iegulstot laika zīmogu tieši Response objekta galvenēs (headers) pirms tā saglabāšanas kešatmiņā.

3. Lietotāja iniciēta skaidra anulēšana

Dažreiz kontrolei vajadzētu būt lietotāja rokās. Pogas "Atsvaidzināt datus" vai "Notīrīt bezsaistes datus" nodrošināšana jūsu lietojumprogrammas iestatījumos var būt jaudīga funkcija. Tas ir īpaši vērtīgi lietotājiem ar limitētiem vai dārgiem datu plāniem, jo tas dod viņiem tiešu kontroli pār krātuvi un datu patēriņu.

Lai to ieviestu, jūsu tīmekļa lapa var nosūtīt ziņojumu aktīvajam service worker, izmantojot `postMessage()` API. Service worker klausās šo ziņojumu un, to saņemot, var programmatiski notīrīt konkrētas kešatmiņas.

Kešatmiņas krātuves ierobežojumi un izmešanas politikas

Pārlūkprogrammas krātuve ir ierobežots resurss. Katra pārlūkprogramma piešķir noteiktu kvotu jūsu domēna (origin) krātuvei (kas ietver Cache Storage, IndexedDB, utt.). Kad jūs tuvojas vai pārsniedzat šo limitu, pārlūkprogramma var sākt automātiski izmest datus, bieži sākot ar visretāk izmantoto domēnu. Lai novērstu šo neparedzamo uzvedību, ir prātīgi ieviest savu izmešanas politiku.

Izpratne par krātuves kvotām

Jūs varat programmatiski pārbaudīt krātuves kvotas, izmantojot Storage Manager API:

            if ('storage' in navigator && 'estimate' in navigator.storage) {
  navigator.storage.estimate().then(({usage, quota}) => {
    console.log(`Using ${usage} out of ${quota} bytes.`);
    const percentUsed = (usage / quota * 100).toFixed(2);
    console.log(`You've used ${percentUsed}% of available storage.`);
  });
}
            

              
                Copy
              
            
          

Lai gan tas ir noderīgi diagnostikai, jūsu lietojumprogrammas loģikai nevajadzētu uz to paļauties. Tā vietā tai vajadzētu darboties aizsardzības režīmā, nosakot savus saprātīgus limitus.

Maksimālā ierakstu skaita politikas ieviešana

Vienkārša, bet efektīva politika ir ierobežot kešatmiņu līdz maksimālajam ierakstu skaitam. Piemēram, jūs varat nolemt glabāt tikai 50 pēdējos apskatītos rakstus vai 100 pēdējos attēlus. Pievienojot jaunu vienumu, jūs pārbaudāt kešatmiņas izmēru. Ja tas pārsniedz limitu, jūs noņemat vecāko(-s) vienumu(-s).

Konceptuāla implementācija:

            function addToCacheAndEnforceLimit(cacheName, request, response, maxEntries) {
  caches.open(cacheName).then(cache => {
    cache.put(request, response);
    cache.keys().then(keys => {
      if (keys.length > maxEntries) {
        // Delete the oldest entry (first in the list)
        cache.delete(keys[0]);
      }
    });
  });
}
            

              
                Copy
              
            
          

Visretāk izmantotā (Least Recently Used, LRU) politikas ieviešana

LRU politika ir sarežģītāka maksimālā ierakstu skaita politikas versija. Tā nodrošina, ka tiek izmesti tie vienumi, ar kuriem lietotājs nav mijiedarbojies visilgāko laiku. Tas parasti ir efektīvāk, jo saglabā saturu, kas lietotājam joprojām ir aktuāls, pat ja tas tika saglabāts kešatmiņā pirms kāda laika.

Īstas LRU politikas ieviešana ir sarežģīta, izmantojot tikai Cache API, jo tā nenodrošina piekļuves laika zīmogus. Standarta risinājums ir izmantot papildu krātuvi IndexedDB, lai sekotu līdzi lietošanas laika zīmogiem. Tomēr šis ir ideāls piemērs, kur bibliotēka var abstrahēt sarežģītību.

Praktiska ieviešana ar bibliotēkām: Iepazīstieties ar Workbox

Lai gan ir vērtīgi saprast pamatā esošo mehāniku, manuāla šo sarežģīto pārvaldības politiku ieviešana var būt nogurdinoša un kļūdaina. Šeit lieliski noder tādas bibliotēkas kā Google Workbox. Workbox nodrošina ražošanai gatavu rīku komplektu, kas vienkāršo service worker izstrādi un ietver labākās prakses, tostarp robustu kešatmiņas pārvaldību.

Kāpēc izmantot bibliotēku?

• Samazina šablona kodu: Abstrahē zema līmeņa API izsaukumus tīrā, deklaratīvā kodā.
• Iebūvētas labākās prakses: Workbox moduļi ir izstrādāti, pamatojoties uz pārbaudītiem veiktspējas un noturības modeļiem.
• Robustums: Risina īpašus gadījumus un starppārlūku neatbilstības jūsu vietā.

Vienkārša kešatmiņas pārvaldība ar `workbox-expiration` spraudni

`workbox-expiration` spraudnis ir atslēga uz vienkāršu un jaudīgu kešatmiņas pārvaldību. To var pievienot jebkurai Workbox iebūvētajai stratēģijai, lai automātiski ieviestu izmešanas politikas.

Apskatīsim praktisku piemēru. Šeit mēs vēlamies saglabāt attēlus no mūsu domēna, izmantojot `CacheFirst` stratēģiju. Mēs arī vēlamies piemērot pārvaldības politiku: glabāt ne vairāk kā 60 attēlus un automātiski dzēst jebkuru attēlu, kas ir vecāks par 30 dienām. Turklāt mēs vēlamies, lai Workbox automātiski tīrītu šo kešatmiņu, ja rodas problēmas ar krātuves kvotu.

Koda piemērs ar Workbox:

            import { registerRoute } from 'workbox-routing';
import { CacheFirst } from 'workbox-strategies';
import { ExpirationPlugin } from 'workbox-expiration';

// Cache images with a max of 60 entries, for 30 days
registerRoute(
  ({ request }) => request.destination === 'image',
  new CacheFirst({
    cacheName: 'image-cache',
    plugins: [
      new ExpirationPlugin({
        // Only cache a maximum of 60 images
        maxEntries: 60,
        // Cache for a maximum of 30 days
        maxAgeSeconds: 30 * 24 * 60 * 60,
        // Automatically clean up this cache if quota is exceeded
        purgeOnQuotaError: true,
      }),
    ],
  })
);

            

              
                Copy
              
            
          

Tikai ar dažām konfigurācijas rindiņām mēs esam ieviesuši sarežģītu politiku, kas apvieno gan `maxEntries`, gan `maxAgeSeconds` (TTL), komplektā ar drošības tīklu kvotas kļūdām. Tas ir dramatiski vienkāršāk un uzticamāk nekā manuāla ieviešana.

Papildu apsvērumi globālai auditorijai

Lai veidotu patiesi pasaules klases tīmekļa lietojumprogrammas, mums jādomā ne tikai par mūsu pašu ātrgaitas savienojumiem un jaudīgajām ierīcēm. Lieliska kešatmiņas politika ir tāda, kas pielāgojas lietotāja kontekstam.

Joslas platumam pielāgota kešatmiņa

Šī Tīkla informācijas API (Network Information API) ļauj service worker iegūt informāciju par lietotāja savienojumu. Jūs varat to izmantot, lai dinamiski mainītu savu kešatmiņas stratēģiju.

• `navigator.connection.effectiveType`: Atgriež 'slow-2g', '2g', '3g', vai '4g'.
• `navigator.connection.saveData`: Būla vērtība, kas norāda, vai lietotājs savā pārlūkprogrammā ir pieprasījis datu taupīšanas režīmu.

Piemēra scenārijs: Lietotājam ar '4g' savienojumu jūs varētu izmantot `NetworkFirst` stratēģiju API izsaukumam, lai nodrošinātu, ka viņi saņem svaigus datus. Bet, ja `effectiveType` ir 'slow-2g' vai `saveData` ir true, jūs varētu pārslēgties uz `CacheFirst` stratēģiju, lai prioritizētu veiktspēju un samazinātu datu lietojumu. Šāds empātijas līmenis pret jūsu lietotāju tehniskajiem un finansiālajiem ierobežojumiem var ievērojami uzlabot viņu pieredzi.

Kešatmiņu diferencēšana

Būtiska labākā prakse ir nekad nelikt visus kešatmiņā saglabātos resursus vienā milzīgā kešatmiņā. Atdalot resursus dažādās kešatmiņās, jūs varat katrai piemērot atšķirīgas un piemērotas pārvaldības politikas.

• `app-shell-cache`: Satur galvenos statiskos resursus. Pārvalda ar versiju veidošanu aktivizācijas laikā.
• `image-cache`: Satur lietotāja apskatītos attēlus. Pārvalda ar LRU/maksimālā ierakstu skaita politiku.
• `api-data-cache`: Satur API atbildes. Pārvalda ar TTL/`StaleWhileRevalidate` politiku.
• `font-cache`: Satur tīmekļa fontus. Vispirms kešatmiņa, un var uzskatīt par pastāvīgu līdz nākamajai lietotnes apvalka versijai.

Šī atdalīšana nodrošina detalizētu kontroli, padarot jūsu kopējo stratēģiju efektīvāku un vieglāk atkļūdojamu.

Noslēgums: Noturīgas un veiktspējīgas tīmekļa pieredzes veidošana

Efektīva Service Worker kešatmiņas pārvaldība ir transformējoša prakse mūsdienu tīmekļa izstrādē. Tā paceļ lietojumprogrammu no vienkāršas vietnes līdz noturīgai, augstas veiktspējas PWA, kas respektē lietotāja ierīces un tīkla apstākļus.

Atkārtosim galvenos secinājumus:

• Neaprobežojieties ar pamata kešatmiņu: Kešatmiņa ir dzīva jūsu lietojumprogrammas daļa, kurai nepieciešama dzīves cikla pārvaldības politika.
• Apvienojiet stratēģijas un politikas: Izmantojiet pamatstratēģijas (Vispirms kešatmiņa, Vispirms tīkls, utt.) atsevišķiem pieprasījumiem un pārklājiet tās ar ilgtermiņa pārvaldības politikām (versiju veidošana, TTL, LRU).
• Anulējiet inteliģenti: Izmantojiet kešatmiņas versiju veidošanu savam lietotnes apvalkam un uz laiku vai izmēru balstītas politikas dinamiskam saturam.
• Pieņemiet automatizāciju: Izmantojiet tādas bibliotēkas kā Workbox, lai ieviestu sarežģītas politikas ar minimālu kodu, samazinot kļūdas un uzlabojot uzturamību.
• Domājiet globāli: Izstrādājiet savas politikas, domājot par globālu auditoriju. Diferencējiet kešatmiņas un apsveriet adaptīvas stratēģijas, pamatojoties uz tīkla apstākļiem, lai radītu patiesi iekļaujošu pieredzi.

Pārdomāti ieviešot šīs kešatmiņas pārvaldības politikas, jūs varat veidot tīmekļa lietojumprogrammas, kas ir ne tikai zibenīgi ātras, bet arī ārkārtīgi noturīgas, nodrošinot uzticamu un patīkamu pieredzi katram lietotājam, visur.