Caching ist ein Thema, das oft in der Softwareentwicklung aufkommt, insbesondere wenn es darum geht, die Performance von Applikationen zu verbessern. Obwohl es auf den ersten Blick einfach erscheinen mag, bringt das Thema Caching oft zusätzliche Komplexität mit sich, die es zu bewältigen gilt. Ein effektiver Einsatz von Caching kann die Geschwindigkeit einer Anwendung deutlich verbessern, indem Daten vorgehalten werden, sodass nicht bei jeder Anfrage tieferliegende Backends angesprochen werden müssen. Doch diese Vorteile kommen mit Herausforderungen, insbesondere was die Fehlersuche und Wartung betrifft.
Einer der größten Nachteile des Cachings ist die erschwerte Fehlersuche, auch Debugging genannt. Dies liegt daran, dass bei der Nutzung eines Caches möglicherweise veraltete oder fehlerhafte Daten zurückgegeben werden können. Dies passiert zum Beispiel, wenn Daten im Cache nicht korrekt aktualisiert wurden oder wenn ein Fehler beim Speichern von Daten im Cache aufgetreten ist. Bei der Fehlersuche muss daher immer berücksichtigt werden, dass Probleme nicht immer von der eigentlichen Datenquelle kommen, sondern durch falsche Cache-Einträge verursacht sein können.
Trotz der beschriebenen Herausforderungen bringt der Einsatz von Caching auch klare Vorteile mit sich, die in vielen Anwendungsfällen überwiegen. Ein wesentlicher Vorteil ist die Entlastung von tieferliegenden Backends. Dies kann insbesondere bei stark frequentierten Anwendungen zu Lastspitzen und langen Antwortzeiten führen.
Durch den Einsatz eines Caches können hingegen häufig benötigte Daten zwischengespeichert werden. Wenn eine Anfrage dann erneut gestellt wird, muss das Backend nicht erneut angesprochen werden, sondern die Antwort kann direkt aus dem Cache geliefert werden. Dies führt zu schnelleren Antwortzeiten und einer insgesamt besseren Performance der Anwendung.
Cache-Systeme basieren oft auf sogenannten Key-Value-Datenbanken, die für ihre hohe Geschwindigkeit und Effizienz bekannt sind. Bekannte Beispiele hierfür sind Redis und DynamoDB. Bei diesen Systemen wird der Cache als eine Art Tabelle mit Schlüssel-Wert-Paaren implementiert. Der Schlüssel repräsentiert dabei meist eine eindeutige URL oder Anfrage, während der Wert die gespeicherten Daten enthält, die zu dieser URL oder Anfrage gehören.
Grundsätzlich gibt es zwei Möglichkeiten, Caching in einer Anwendung zu implementieren: Das URL-basierte Caching und das anfragebasierte Caching.
Ein spannender Use Case für das anfragebasierte Caching ist das sogenannte Prefetching. Prefetching bedeutet, dass eine Anwendung bestimmte Anfragen im Voraus stellt und die Ergebnisse bereits zwischenspeichert, bevor der Nutzer sie tatsächlich benötigt. Dies kann besonders nützlich sein, wenn ein System eine lang andauernde Anfrage an das Backend sendet, während dem Nutzer in der Zwischenzeit andere Informationen oder Fragen dargestellt werden.
Dieses Vorgehen bietet vor allem dann Vorteile, wenn kundenspezifische GET-Requests an das Backend gestellt werden, die viel Zeit in Anspruch nehmen. In einem solchen Fall könnte das Backend eine eindeutige Cache-ID zurückgeben, mit der die Anwendung das Ergebnis zu einem späteren Zeitpunkt abrufen kann. So kann die lange Wartezeit für den Nutzer minimiert werden, indem die Anwendung ihm direkt nach Abschluss des Prefetching die gewünschten Daten zur Verfügung stellt.
Eine mögliche Umsetzung dieses Cache-Mechanismus lässt sich mit dem Framework NestJS realisieren. NestJS eignet sich hervorragend für die Entwicklung moderner, skalierbarer Anwendungen und bietet eine gute Grundlage für die Integration eines eigenen Cache-Moduls.
In einem solchen Modul könnten zwei zentrale Services bereitgestellt werden: setCache
und getCache
.
cacheId
zurückgegeben. Wenn der Datensatz leer ist, wird lediglich die cacheId
zurückgegeben, sodass später Daten nachgeladen werden können.cacheId
entgegen und gibt den zugehörigen Datensatz aus dem Cache zurück.Ein Datensatz im Cache sollte aus zwei Komponenten bestehen: einer TTL (Time-to-Live), um sicherzustellen, dass der Cache-Eintrag nach einer gewissen Zeit automatisch abläuft, und den eigentlichen Daten. Dies verhindert, dass veraltete oder ungenaue Daten an den Nutzer ausgeliefert werden.
In einem typischen Szenario, bei dem das Backend vorab angefragt wird, wird dem Nutzer direkt eine cacheId
übermittelt. Diese kann später verwendet werden, um das Ergebnis der Anfrage aus dem Cache abzurufen. Während die Daten im Hintergrund durch das Backend geladen werden, kann der Nutzer weiterhin andere Teile der Anwendung nutzen. Sobald die Anfrage abgeschlossen ist, kann der Nutzer die Daten ohne weitere Wartezeit einsehen.
Durch dieses Vorgehen wird nicht nur die Latenz bei langen Anfragen verringert, sondern auch die Kundenzufriedenheit verbessert, da lange Wartezeiten vermieden werden können.
Caching ist eine leistungsstarke Technik, um die Performance von Anwendungen zu verbessern und Backend-Lasten zu reduzieren. Obwohl es zusätzliche Komplexität, insbesondere bei der Fehlersuche, mit sich bringt, überwiegen die Vorteile in den meisten Fällen. Insbesondere das anfragebasierte Caching und Techniken wie Prefetching können dabei helfen, Anwendungen noch effizienter und benutzerfreundlicher zu gestalten.