Cache

Das Prinzip

Ein Cache beruht auf einer Beobachtung: was einmal gebraucht wurde, wird oft kurz darauf erneut gebraucht. Statt die Daten jedes Mal neu zu holen oder neu zu berechnen, hält ein Cache sie näher am Zugriffspunkt bereit. Näher heißt dabei: schneller erreichbar, dafür kleiner.

Wo Caches sitzen

Caches gibt es auf jeder Ebene eines Systems, und sie meinen jeweils etwas anderes:

• Prozessor-Cache: mehrere Stufen (L1, L2, L3) zwischen Rechenkernen und Arbeitsspeicher. Die kleinste Stufe ist die schnellste.
• Festplatten- und SSD-Cache: ein Puffer im Laufwerk selbst.
• Browser-Cache: bereits geladene Dateien einer Website liegen lokal, statt bei jedem Aufruf erneut übertragen zu werden.
• DNS-Cache: bereits aufgelöste Namen werden für die Dauer ihrer Gültigkeit gespeichert.
• Anwendungs-Cache: aufwendig berechnete Ergebnisse werden für weitere Anfragen aufbewahrt.

Treffer und Fehlschlag

Findet ein Zugriff die gesuchten Daten im Cache, ist es ein Treffer, sonst ein Fehlschlag. Der Anteil der Treffer an allen Zugriffen heißt Trefferquote. Sie bestimmt, wie viel ein Cache tatsächlich einbringt. Ein Cache, der fast nie trifft, kostet Speicher und Verwaltung, ohne etwas zu sparen.

Ist der Cache voll, muss etwas hinaus. Welcher Eintrag geht, entscheidet eine Verdrängungsstrategie, verbreitet ist das Verwerfen des am längsten nicht genutzten Eintrags.

Invalidierung

Ein zwischengespeicherter Wert wird falsch, sobald sich das Original ändert. Zu erkennen, wann das geschehen ist, und den alten Wert rechtzeitig zu verwerfen, ist die schwierigere Hälfte des Themas. Kommt Ihnen eine Website nach einer Änderung unverändert vor, ist meist ein Cache die Ursache, nicht die Website.