Что такое кэширование и как использовать Redis как кэш

Что такое кэширование

Кэширование уменьшает число повторных запросов к медленным или дорогим источникам: основной базе данных, внешнему API, файловому хранилищу или сложным вычислениям. Кэш хранит готовый результат на ограниченное время.

Схема cache-aside

Приложение пытается получить значение по ключу из Redis.
Если значение найдено, приложение сразу возвращает его.
Если значения нет, приложение получает данные из основной базы.
Приложение сохраняет результат в Redis с временем жизни.
Следующие запросы используют данные из Redis, пока ключ не истечёт или не будет удалён.

import json


def get_article(article_id: int):
    cache_key = f'article:{article_id}'
    cached = redis_client.get(cache_key)

    if cached is not None:
        return json.loads(cached)

    article = repository.get_article(article_id)

    if article is None:
        return None

    redis_client.setex(
        cache_key,
        300,
        json.dumps(article),
    )

    return article

Ключи кэша

Ключ должен быть предсказуемым и отражать версию или параметры данных. Например: article:42, user:42:profile, search:v2:query:python:page:1.

Инвалидация кэша

Главная сложность кэширования — не сохранение, а обновление и удаление устаревших данных. При изменении статьи можно удалить ключ article:42, чтобы следующий запрос получил свежую версию из базы.

def update_article(article_id: int, data: dict):
    article = repository.update_article(article_id, data)
    redis_client.delete(f'article:{article_id}')
    return article

Типичные проблемы

устаревшие данные в кэше после обновления основной БД;
одновременные запросы при отсутствии ключа, создающие нагрузку на БД;
слишком большой срок жизни и неактуальные данные;
слишком короткий срок жизни и низкая польза кэша;
сохранение в кэше персональных или чувствительных данных без нужной защиты.

Как ответить на собеседовании

Кэширование хранит результат временно, чтобы уменьшить нагрузку на основное хранилище. В Redis обычно использую cache-aside: сначала читаю ключ, при отсутствии получаю данные из БД и сохраняю их с TTL. После изменения данных удаляю или обновляю соответствующий ключ. При проектировании думаю не только о скорости, но и об инвалидации, сроке жизни и защите от одновременной загрузки одного значения в кэш.

Что такое кэширование? Как использовать Redis как кэш?