El almacenamiento en caché conserva copias reutilizables de los datos a los que se accede con frecuencia en memoria, para que las aplicaciones eviten llamadas repetidas a la base de datos y devuelvan resultados más rápido.
El almacenamiento en caché es la práctica de almacenar datos de clave-valor en memoria temporal (como un lenguaje de consulta estructurado no relacional de base de datos (NoSQL)) para que las aplicaciones puedan recuperarlos más rápido de lo que podrían obtener del almacenamiento convencional. En las arquitecturas de almacenamiento en la nube, donde las solicitudes suelen cruzar las redes y los servicios compartidos táctiles, el almacenamiento en caché puede ayudar a mantener los tiempos de respuesta bajos y reducir el trabajo repetido.
La mayoría de los sistemas mantienen un "origen de verdad" duradero (una base de datos) para conjuntos de datos completos y, después, mantienen una memoria caché para los subconjuntos transitorios que se leen con frecuencia. Cuando llega una solicitud, la aplicación comprueba primero la memoria caché; si los datos están allí, se devuelven rápidamente sin volver a consultar el back-end. Los desarrolladores también almacenan en caché los datos procesados y los reutilizan para atender solicitudes más rápido que las consultas estándar a bases de datos relacionales,bases de datos SQL, o bases de datos PostgreSQLde código abierto.
Los buenos candidatos incluyen datos leídos repetidamente y datos que cambian con poca frecuencia (por ejemplo, información de productos y precios o recursos estáticos compartidos que son costosos de construir).
Si una operación transforma datos o realiza un cálculo complicado, almacenar en caché el resultado puede evitar volver a calcularlo para solicitudes posteriores.
Los desarrolladores usan cachés de varios niveles (“capas” de caché) para almacenar diferentes tipos de datos en cachés independientes en función de la demanda. La adición de una o varias capas de caché puede mejorar el rendimiento y la latencia en una capa de datos.
Los almacenes en memoria se suelen usar para contener grandes volúmenes de datos de sesión, como entradas de usuario, entradas del carro de la compra o preferencias de personalización durante períodos cortos. En el caso de las aplicaciones con estado, los equipos también almacenan el estado de sesión en la memoria caché para que la aplicación pueda ser sin estado.
El almacenamiento en caché puede mejorar el rendimiento de varias maneras concretas:
En muchos diseños de nube, una memoria caché se encuentra junto a un almacén de datos principal (por ejemplo, una base de datos). El almacén principal contiene el conjunto de datos completo y duradero en el servidor en la nube, mientras que la memoria caché mantiene un subconjunto temporal más pequeño que es más rápido de leer.
Una configuración común es una capa de caché independiente o una memoria caché que reside en el nivel de aplicación o base de datos, elegida en función de dónde necesite lecturas rápidas.
Algunos sistemas usan el almacenamiento en caché de varios niveles ("capas de caché") por lo que diferentes tipos de datos residen en diferentes cachés en función de la demanda. La adición de una o varias capas de caché puede mejorar el rendimiento y la latencia de la capa de datos y reducir el coste general reduciendo la carga de back-end.
Los equipos suelen almacenar en caché los datos que se encuentran en algunos cubos:
Hay varias formas estándar en que las aplicaciones leen y escriben en una memoria caché. Estos son los patrones más comunes y lo que significan en la práctica.
El uso de capas de caché puede mejorar el rendimiento y la latencia al atender solicitudes comunes desde la memoria caché en lugar de consultar repetidamente el almacén back-end. Esto puede reducir la necesidad de escalar la infraestructura de base de datos porque, en primer lugar, hay menos solicitudes que llegan a la base de datos.
En el caso de las aplicaciones con picos de uso, las memorias caché en memoria pueden ayudar a mitigar la latencia manteniendo los datos solicitados con frecuencia cerca de donde se usan.
Úselos como punto de partida al elegir un flujo de trabajo:
El almacenamiento en caché mejora el rendimiento de la aplicación porque la lectura desde una caché en memoria es más rápida que la lectura desde un almacén de datos controlado por disco. Cuando se atienden más solicitudes desde la memoria caché, los sistemas envían menos consultas a las bases de datos back-end, lo que puede reducir la necesidad de escalar la infraestructura de base de datos y reducir los costes relacionados.
El almacenamiento en caché ayuda a cortar el trabajo repetido. Los datos que se leen repetidamente (o que son costosos de construir) se pueden almacenar una vez y reutilizarse. Si una operación realiza un cálculo complicado o transforma los datos, almacenar en caché el resultado reduce el cálculo repetido para las solicitudes posteriores.
Muchos sitios almacenan en caché la salida de página (como HTML y scripts de cliente) para que el servidor pueda devolver la salida almacenada en caché en lugar de volver a ejecutar el código de página cada vez. El almacenamiento en caché también admite escenarios multimedia web a través de cachés web y almacenamiento en caché de red, como redes de entrega de contenido (CDN).
Las aplicaciones suelen almacenar subconjuntos transitorios de datos en una memoria caché para una recuperación rápida, mientras que la base de datos principal conserva el conjunto de datos duradero completo. Almacenar en caché los datos procesados y reutilizarlos puede atender las solicitudes más rápido que las consultas de base de datos estándar.
A menudo, los equipos agregan una o varias capas de caché para mejorar el rendimiento y la latencia, atendiendo consultas comunes desde la memoria caché y reduciendo la carga de la base de datos. Las memorias caché en memoria pueden ayudar cuando aumentan los picos de uso y la demanda de rendimiento, lo que mitiga la latencia durante esos períodos.
El almacenamiento en caché se suele usar para almacenar grandes volúmenes de datos de sesión de corta duración (como la entrada del usuario o las preferencias de personalización) en un almacén en memoria. Algunos equipos también almacenan el estado de sesión en la memoria caché para que las aplicaciones con estado puedan mantener el nivel de aplicación sin estado. En el caso de los sistemas operativos, los datos que cambian con poca frecuencia, como la información de productos y precios, son un objetivo de almacenamiento en caché común.
Una memoria caché del explorador almacena copias de recursos estáticos en el dispositivo de un usuario para que las visitas repetidas puedan reutilizar esos archivos en lugar de volver a descargarlos.
El almacenamiento en caché del lado servidor se produce en los procesos que ejecutan servicios empresariales de forma remota, en lugar de hacerlo en el dispositivo del usuario final. Las memorias caché del lado servidor suelen ser privadas (locales a una instancia de aplicación) o compartidas (usadas por muchas instancias de la aplicación).
Una red CDN almacena en caché el contenido de los servidores perimetrales más próximos a los usuarios finales, por lo que las solicitudes no siempre vuelven al origen. A diferencia de una caché del explorador (un usuario), se comparte una caché de CDN; la solicitud de un usuario puede rellenar el contenido que otro usuario recibe más adelante.
El almacenamiento en caché no es solo un patrón de informática en la nube, sino que también lo usan las capas de hardware y memoria.
La memoria caché de CPU es un área de memoria pequeña y rápida cerca (o en) del procesador que almacena copias de los datos usados con frecuencia e instrucciones para reducir el tiempo invertido en esperar en la memoria principal.
La memoria caché (en memoria) es el tipo de caché de software más sencillo: un almacén en memoria almacenado en el espacio de direcciones de un único proceso y al que ese proceso accede directamente.
Una caché distribuida abarca varios servidores para que la memoria caché pueda aumentar y la capacidad transaccional más allá de una máquina. Muchos servicios de caché compartida usan un clúster de servidores y distribuyen los datos almacenados en caché en todo el clúster; escalar la memoria caché puede ser tan sencillo como agregar más servidores. Algunos diseños distribuidos también almacenan en caché las capas, por lo que un error en una capa extrae de un proveedor ascendente y, a continuación, almacena el resultado localmente para la siguiente solicitud.
El almacenamiento en caché mantiene los datos a los que se accede con frecuencia más cerca de donde se usan, lo que puede mejorar los tiempos de respuesta y ayudar a un sistema a controlar más solicitudes simultáneas. También puede reducir la contención en el almacén de datos original, como cuando una base de datos tiene conexiones limitadas.
En las aplicaciones distribuidas, el almacenamiento en caché suele producirse en más de un lugar: en el lado cliente (como un explorador) y en el lado servidor (en una aplicación o servicio de caché compartido).
Empiece poco a poco y céntrese en los datos que le proporcionan la devolución más clara:
Normalmente, una memoria caché contiene copias de datos de un almacén principal, por lo que la actualización requiere atención:
El almacenamiento en caché es un bloque de creación básico para sistemas modernos porque se ajusta a muchas arquitecturas, desde servicios únicos hasta aplicaciones distribuidas y entrega perimetral. Para un proveedor en la nube de caché en memoria administrado, puede explorar Azure.
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