Caching einfach erklärt

In unserer digitalen Welt sind Geschwindigkeit und Leistung von Webanwendungen entscheidend. Als Webentwickler*in willst du sicherstellen, dass deine Webseiten und Anwendungen schnell geladen werden und eine optimale User Experience bieten.

Um dies zu gewährleisten, kannst du Caching verwenden. Eine Technik, bei der du Daten zwischenspeicherst, um sie schneller abrufen zu können.

In diesem Artikel erhältst du einen Überblick über die verschiedenen Arten von Caching, die du für dich auswählen und miteinander kombinieren kannst. Richtig konfiguriert, wirst du einen erheblichen Unterschied in deinen Webanwendungen feststellen.

Was ist Caching

Caching bezieht sich auf den Prozess des Speicherns von Daten, um den Zugriff darauf schneller zu machen.

Häufig verwendete Daten oder Ressourcen werden vorübergehend zwischengespeichert. So können sie bei Bedarf schnell abgerufen werden. Da die Daten nicht jedes Mal neu geladen oder berechnet werden müssen, führt diese Vorgehensweise zu erheblichen Leistungsverbesserungen.

Warum ist Caching wichtig

Caching bietet dir eine Vielzahl von Vorteilen für deine Webanwendungen:

Durch den Einsatz von Caching kannst du Ladezeiten erheblich verkürzen und die User Experience verbessern.
Durch das Zwischenspeichern von häufig verwendeten Daten, reduzierst du die Serverbelastung und die Datenbanklast. Die Skalierbarkeit deiner Anwendung wird verbessert. Deine Webanwendung bleibt auch bei steigenden Aufrufen effizient und schnell.
Caching kann eine positive Auswirkungen auf die Umwelt haben. Richtig konfiguriert, führt die reduzierte Serverbelastung zu Energieeinsparungen und damit zu einer besseren Umweltbilanz.

Arten von Caching

Je nach Anwendungsfall kannst du unterschiedliche Caching-Ansätze anwenden, vom Browser- über das Server- bis hin zum Datenbank-Caching.

Browser-Caching

Das Browser-Caching ermöglicht es, Ressourcen wie CSS-Dateien, Bilder und Skripte im Browser deiner Benutzer*innen zu speichern. Dadurch können diese Ressourcen bei wiederholten Besuchen deiner Website oder beim Navigieren auf verschiedenen Seiten zwischengespeichert und wiederverwendet werden.

Serverseitiges Caching

Beim serverseitigen Caching speicherst du Daten oder ganze Seiten auf dem Webserver zwischen. Wiederholte Anfragen werden so beschleunigt.

Typische Tools und Services für serverseitiges Caching sind beispielsweise Varnish oder Fastly:

Varnish ist eine Open-Source-Software, die als sogenannter Reverse-Proxy vor einem Webserver läuft und dort das Caching übernimmt. Sie speichert Seiten oder Daten im Arbeitsspeicher, um schnelle Antwortzeiten zu erzielen.
Fastly ist ein kommerzieller CDN-Anbieter, der neben der geographischen Verteilung der Inhalte auch serverseitiges Caching ermöglicht.

Content Delivery Network (CDN)

Ein CDN ist ein Netzwerk von Servern, das statische Ressourcen wie Bilder, Videos und Dateien speichert. Diese werden anhand der geografischen Nähe zum User ausgeliefert.

Da die Inhalte von einem nahegelegten Server bereitgestellt werden, verkürzen sich die Ladezeiten.

Ein bekannter CDN-Anbieter ist zum Beispiel Cloudflare.

Page-Caching

Beim Page-Caching wird deine vollständige HTML-Seite zwischengespeichert. Bei wiederholten Anfragen kann die Seite direkt aus dem Cache ausgeliefert werden, ohne dass deine Anwendung oder die Datenbank erneut beansprucht werden müssen.

Datenbank-Caching

Datenbankabfragen können zeitaufwändig sein. Mit Datenbank-Caching kannst du die Ergebnisse häufig durchgeführter Abfragen speichern. So können zukünftige Anfragen schneller bedient werden.

Objekt-Caching

Hier werden bestimmte Objekte oder Daten im Arbeitsspeicher des Servers zwischengespeichert. Der Zugriff auf diese Daten findet schneller statt und die Serverbelastung wird reduziert.

Herausforderungen

Cache-Invalidierung

Eine der größten Herausforderungen beim Caching ist, alte Einträge rechtzeitig zu aktualisieren oder zu löschen.

Sind deine Daten im Cache veraltet, kann es zu Inkonsistenzen zwischen Cache und tatsächlichen Daten kommen. Nutze Strategien wie „Time-to-Live“ (TTL), um Einträge nach einer bestimmten Zeit automatisch zu erneuern.

Konsistenzprobleme

In verteilten Systemen, etwa mit Microservices, kann es leicht zu unterschiedlichen Cache-Zustände auf deinen verschiedenen Servern kommen. Um dies zu vermeiden, sind klare Synchronisationsmechanismen oder zentrale Cache-Systeme hilfreich. Hier kannst du zum Beispiel Redis anwenden.

Mobiles Caching

Mobile Geräte haben oft begrenzten Speicherplatz. Versuche hier Caching besonders sparsam und gezielt anzuwenden, zum Beispiel für Bilder oder API-Antworten.

Best Practices für effektives Caching

Analysiere, welche Daten oder Ressourcen am häufigsten genutzt werden.
Setze eine sinnvolle Ablaufzeit (TTL), um veraltete Inhalte zu vermeiden.
Nutze Versionierung bei statischen Assets, um Browser-Cache-Probleme bei Updates zu verhindern.
Verwende Tools wie Redis für performantes Server-Caching.
Überwache die Cache-Performance mit Monitoring-Tools wie Prometheus oder integrierten Lösungen deines Frameworks, um die Trefferquote und Effizienz deines Caches zu messen.
Überwache regelmäßig die Cache-Hits und -Misses, um die Wirksamkeit deiner Strategie zu messen. Je mehr Hits und je weniger Misses, desto besser arbeitet dein Cache und desto schneller läuft das System.
Teste verschiedene Caching-Strategien, denn nicht jede Strategie passt zu jedem System.

Fazit

Caching zählt zu den effektivsten Maßnahmen, um die Performance deiner Anwendung zu verbessern.

Mit einem durchdachten Caching-Konzept erreichst du schnellere Ladezeiten, zufriedenere Nutzer*innen und eine nachhaltigere Serverinfrastruktur.

Überprüfe und optimiere deine Caching-Strategie regelmäßig. So profitierst du langfristig von stabilen und performanten Webanwendungen.

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