PHP и кеширование

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.

Таким образом в большинстве ситуаций дополнительных инструкций в программу добавлять не надо. Основные моменты на которые следует обратить внимание можно свести к двум:

• 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.

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

Last-Modified
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.

На сайте www.php.net дается следующий код для запрета кеширования.

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

Однако, данный заголовок избыточен. В большинстве случаев достаточно:

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

Чтобы пометить документ как «уже устаревший» следует установить Expires равным полю Date.
header("Expires: " . gmdate("D, d M Y H:i:s") . " GMT");

Ну и не следует забывать, что формы, запрошенные по POST также не подлежат кэшированию.

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");
Если страница учитывает информацию сохраненную в браузере пользователя (тип и версию браузера, ключи, авторизацию и т. д.) такую страницу нельзя сохранить на прокси, однако возможно ее сохранение в локальном кэш браузера:

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 — веб-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 кэшем.

Кэширование с прогнозируемым обновлением

Рассмотрим пример — прайс лист обновляемый по понедельникам. Вы заранее знаете, что содержание страницы можно хранить в кэше до наступления новой недели, что и следует указать в заголовке ответа обеспечивая нужное поведение страницы в кэше.
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");

Этим методом можно эффективно управлять поведением страницы в кэш и пременим но для большого числа страниц — так или иначе можно выделить временные интервалы в течении которых содержание страницы остается постоянным. Реальное положение вещей таково, что страницы большинства динамических сайтов имеют определенное время жизни исходя из которго разработчик может сераер более приятным для работы.

Другой подход, применяемый при более оперативном обновлении информации и одновременной высокой посещаемости сервера (иначе кэширование не будет эффективным) состоит в использовании заголовка Cache-control: max-age=секунды, определяющий время по истечении которого документ считается устаревшим и имеющий больший приоритет при вычислении «свежести» документа.

Если Вы публикуете новости с интервалом в 30 минут:

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:

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

а значит по правилам страница не будет сохраняться в кэше (присутствуют параметры), но через заголовок можно управлять этим.

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();

Для управления используется MD5 сумма содержимого изображения. Пока содержание не изменилось, сумма будет постояной. В случае изменения содержания в базе на сервере клиент выполнит запрос для повторного формирования содержания. Пока изображение постоянно содержимое будет отображаться из кэш.

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

Так что все страницы не кэшируемые. Формирование в скрипте заголовка Expires эффекта не имеет. Зачем это сделано и некоторые методы борьбы описаны на apache.lexa.ru и нет необходимости воспроизводить эти советы здесь. Рассматривая работу PHP+Russian Apache вот как можно повлиять на кэшируемость.
Для скриптов выводящих изображения ситуация простая — Russian Apache не перекодирует (а значит не устанавливаетсрок истечения годности) документы имеющие MIME тип image/*. Для использования кэш текстовых документов видимо следует использовать «Cache-control: private, max-age=» для разрешения кэширования страниц в браузере. Хотя это теоретическое предположение, не проверенное на практике.