PHP и Web. Кэширование

1. Вступление
2. Кэшировать или нет?
3. Общие принципы сохранения страниц в кэш
4. Запрет кэширования документов, кэшируемых по умолчанию
5. Кэширование документов, не подлежащих кэшированию по умолчанию
6. Кэширование с прогнозируемым обновлением
7. Кэширование по содержанию
8. Примечания для Russian Apache
9. Что читать

Вступление.

Для оптимизации работы с сетью используется механизм сохранения однажды полученных по HTTP документов в кеше с целью их повторного использования без обращения к серверу-источнику. Документ, сохраненный в кеше будет доступен при следующем обращении к нему, без выгрузки с сервера-источника, что призвано повысить скорость доступа клиента к нему и уменьшить расход трафика сети.
Сами кэши бываю двух видов - локальные и общие. Локальный это кеш, хранимый непосредственно на диске у клиента, создаваемый и управляемый его браузером. Общий - кэш прокси-сервера организации или провайдера и может состоять из одного или нескольких прокси-серверов. Локальный кеш присутствует, наверное в каждом браузере, общими пользуется значительная часть людей использующих Internet. И если малую часть сайтов сейчас оценивают по расходу трафика, то скорость загрузки - важный критерий, который должен учитываться при разработке Вашего web-проекта.
Для динамических страниц, создаваемых в результате работы PHP-программы, казалось бы, кэширование вредно. Содержание страницы формируются по запросу пользователя на основе какого-либо источника данных. Однако, кэширование может быть полезным. Управляя им Вы можете сделать работу с Вашим сервером комфортнее для пользователя, разрешая загрузку из кэш определенных страниц, предотвращая тем самым их повторную выгрузку с Вашего сервера и экономя пользователю время и трафик.

Кэшировать или нет?

Возможность сохранения в кэш страницы определяется динамичностью информации в источнике данных. Таким образом необходимость использования кэша определяется Вами, исходя из планируемого времени жизни страницы.
Если речь идет о формировании выборки по базе (например, поиск введенного пользователем слова), то такую страница обязательно следует запрашивать с сервера при каждом вызове без использования кэш, так как количество вариантов запрашиваемых слов огромно, а если мы к тому же имеем дело с меняющимся массивом данных, то кэширование бессмысленно. Или речь идет о формировании допустим графика приходящих посетителей (который изменяется с каждым визитом, то есть практически с каждым вызовом), то кеширование уже просто вредно.
Однако, если мы говорим о том же графике но за вчерашний день, то кэширование рекомендуется, так как данные изменяться уже не будут и мы можем экономить себе и пользователю ресурсы и время на загрузку таких страниц помещением их в локальный или общий кэш. Как продолжение этой ситуации формирование графика не в реальном масштабе времени, а ежечасно. Тут Вы можете заранее предсказать дату окончания "срока годности" сформированных данных.

Общие принципы сохранения страниц в кэш.

PHP-программа может управлять кэшированием результатов ее работы формируя дополнительные поля в заголовке HTTP ответа вызовом функции Header().
Несколько общих утверждений характерных не только для PHP-программ:

• Страницы передаваемые по POST никогда не сохраняются в кэш.
• Страницы запрашиваемые по GET и содержащие параметры (в URL присутствует '?') не сохраняются в кэш, если не указано обратное.

• запрет кэширования документов, кэшируемых по умолчанию
• кэширование документов, не подлежащих кэшированию по умолчанию.

Запрет кэширования документов, кэшируемых по умолчанию

Эта задача возникает для PHP-скриптов вызываемых без параметров или являющимися индексами директорий, однако формирующих данные персонально под пользователя (например на основе cookies или user agent) или работающих на основе быстро изменяющихся данных. По спецификации HTTP/1.1 мы можем управлять следующими полями:

Expires

Задает дату истечения срока годности документа. Задание ее в прошлом определяет запрет кэш для данной страницы.

Управление кэш. Значение no-cache определяет запрет кэш данной страницы. Для версии протокола HTTP/1.0 действует "Pragma: no-cache".

Дата послднего изменения содержимого. Поле актуально только для статических страниц. Apache заменяет это поле значением поля Date для динамически генерируемых страниц, в том числе для страниц содержащих SSI.

header("Expires: Mon, 26 Jul 1997 05:00:00 GMT"); // Date in the past
header("Last-Modified: " . gmdate("D, d M Y H:i:s") . " GMT"); // always modified
header("Cache-Control: no-cache, must-revalidate"); // HTTP/1.1
header("Pragma: no-cache"); // HTTP/1.0

header("Expires: Thu, 01 Jan 1970 00:00:01 GMT");

header("Expires: " . gmdate("D, d M Y H:i:s") . " GMT");

Кэширование документов, не подлежащих кэшированию по умолчанию

Обратная задача, может показаться на первый взгляд абсурдной. Однако и в этом существует потребность. Кроме простой минимизации трафика при разработке web-программы следует учитывать комфортность работы с ней пользователя. Например, некоторые страницы Вашего сервера формируются на основе статических данных большого объема. Возможность включения их в кэш существенно улучшит скорость работы сервера для пользователя и частично освободит Ваш от многочисленных повторных генераций такой страницы. Заголовок разрешающий сохранение на прокси-серверах:

header("Cache-control: public");

header("Cache-control: private");

Кэширование до истечения корректности

Описанные выше решения довольно прямолинейны, хотя и подходят для большинства задач. Но протокол HTTP/1.1 имеет средства для более тонкого управления кэш страниц, и существуют задачи требующие применения этих механизмов. Как пример - web-приложения работающие с данными большого объема и прогнозируемой динамичностью. Корректность данных может устанавливаться как по дате прогнозируемого обновления, так и по изменению содержания. Для этих случаев используются разные заголовки управления кэш.

Кэширование с прогнозируемым обновлением

Рассмотрим пример - прайс лист обновляемый по понедельникам. Вы заранее знаете, что содержание страницы можно хранить в кэш до наступления новой недели, что и следует указать в заголовке ответа обеспечивая нужное поведение страницы в кэш.
Основная задача - получить дату следующего понедельника в формате RFC-1123

$dt_tmp=getdate(date("U"));
header("Expires: " . gmdate("D, d M Y H:i:s", date("U")-(86400*($dt_tmp["wday"]-8))) . " GMT");
header("Cache-control: public");

header("Cache-control: public");
header("Cache-control: max-age=1800");

Кэширование по содержанию

Еще более интеллектуальный вид управления предоставляет HTTP/1.1 на основе содержимого с помощью директив Vary. Я очень рекомендую применять его при формировании изображений или текстов большого объема, которые как показывает практика изменяются крайне редко. При этом у пользователя в случае возврата не будет происходить их повторной выгрузки, если содержание осталось прежним, и страница будет взята с Вашего сервера, если ее содержание изменилось.
Рассмотрим пример выдачи изображения из базы данных индентифицируемых по ID. Вызов страницы выглядит следующим образом:

http://www.your.server/viewpic.php3?id=23123

mysql_connect("host", "user", "passwd");

$image=mysql("db", "select pics,type from pictures where id=$id");

Header("Cache-Control: public, must-revalidate");
Header("Vary: Content-ID");
Header("Content-ID: ".md5(mysql_result($image, 0, "pics")));

Header("Content-type: ".mysql_result($image, 0, "type"));

echo mysql_result($image, 0, "pics");
mysql_freeResult($image);
mysql_close();

Примечания для Russian Apache

И приятное (или неприятное) сообщение для пользователей Russian Apache. Так как сервер выдает старину по пользовательской кодировке он автоматически снабжает ВСЕ страницы (не только динамические) заголовками запрета кэширования.

Expires: Thu, 01 Jan 1970 00:00:01 GMT

Что следует прочитать

Caching in HTTP
Caching Tutorial
Russian Apache - Как это работает