Кэширование

Введение

Некоторые задачи по извлечению или обработке данных, выполняемые вашим приложением, могут потребовать больших ресурсов ЦП или занять несколько секунд. В этом случае извлеченные данные обычно кешируют на некоторое время, чтобы их можно было быстро извлечь при последующих запросах тех же данных. Кешированные данные обычно хранятся в хранилище с быстрым доступом данных, например, Memcached или Redis.

К счастью, Laravel предлагает выразительный унифицированный API для различных серверов кеширования, позволяя вам воспользоваться их невероятно быстрым извлечением данных и ускорить работу вашего веб-приложения.

Конфигурирование

Файл конфигурации кеша вашего приложения находится в config/cache.php. В этом файле вы можете указать, какой хранилище кеша вы хотите использовать по умолчанию для всего приложении. Laravel из коробки поддерживает популярные механизмы кеширования, такие как Memcached, Redis, DynamoDB и реляционные базы данных. Кроме того, доступен драйвер кеширования на основе файлов, в то время как драйверы array и null предоставляют удобные механизмы кеширования для ваших автоматических тестов.

Файл конфигурации кэша также содержит множество других параметров, которые вы можете просмотреть. По умолчанию Laravel настроен на использование драйвера кэша database, который сохраняет сериализованные кэшированные объекты в базе данных вашего приложения.

Предварительная подготовка драйверов

Предварительная подготовка драйвера на основе базы данных

При использовании драйвера кэша database вам понадобится таблица базы данных, содержащая данные кэша. Обычно это включено в стандартный файл Laravel 0001_01_01_000001_create_cache_table.php миграции базы данных; однако, если ваше приложение не содержит этой миграции, вы можете использовать Artisan-команду make:cache-table для ее создания:

php artisan make:cache-table

php artisan migrate

Предварительная подготовка драйвера на основе Memcached

Для использования драйвера Memcached требуется установить пакет Memcached PECL. Вы можете перечислить все ваши серверы Memcached в файле конфигурации config/cache.php. Этот файл уже содержит запись memcached.servers для начала:

'memcached' => [
    // ...

    'servers' => [
        [
            'host' => env('MEMCACHED_HOST', '127.0.0.1'),
            'port' => env('MEMCACHED_PORT', 11211),
            'weight' => 100,
        ],
    ],
],

При необходимости вы можете задать параметр host сокета UNIX. Если вы это сделаете, то параметр port должен быть задан как 0:

'memcached' => [
    // ...

    'servers' => [
        [
            'host' => '/var/run/memcached/memcached.sock',
            'port' => 0,
            'weight' => 100
        ],
    ],
],

Предварительная подготовка драйвера на основе Redis

Перед использованием драйвера кеша Redis, вам нужно будет либо установить расширение PHP PhpRedis через PECL, либо установить пакет predis/predis (~ 2.0) через Composer. Laravel Sail уже включает это расширение. Кроме того, на официальных платформах развертывания Laravel, таких как Laravel Forge и Laravel Vapor, расширение PhpRedis установлено по умолчанию.

Для получения дополнительной информации о настройке Redis обратитесь к его странице документации Laravel.

Предварительная подготовка драйвера на основе DynamoDB

Перед использованием драйвера кэша DynamoDB необходимо создать таблицу DynamoDB для хранения всех кэшированных данных. Обычно это cache. Название таблицы должно совпадать с stores.dynamodb.table в конфигурационном файле cache. Имя таблицы также можно задать с помощью переменной среды DYNAMODB_CACHE_TABLE.

Эта таблица также должна иметь строковый ключ раздела с именем, соответствующим значению элемента конфигурации stores.dynamodb.attributes.key в конфигурационном файле cache. По умолчанию это key.

Обычно DynamoDB не удаляет элементы с истекшим сроком действия из таблицы заранее. Поэтому вам следует включить Time to Live (TTL) на таблице. При настройке параметров TTL таблицы вам следует установить имя атрибута TTL на expires_at.

Затем установите AWS SDK, чтобы ваше приложение Laravel могло взаимодействовать с DynamoDB:

composer require aws/aws-sdk-php

Кроме того, вам следует убедиться, что указаны значения для параметров конфигурации хранилища кэша DynamoDB. Обычно эти параметры, такие как AWS_ACCESS_KEY_ID и AWS_SECRET_ACCESS_KEY, должны быть определены в файле конфигурации .env вашего приложения:

'dynamodb' => [
    'driver' => 'dynamodb',
    'key' => env('AWS_ACCESS_KEY_ID'),
    'secret' => env('AWS_SECRET_ACCESS_KEY'),
    'region' => env('AWS_DEFAULT_REGION', 'us-east-1'),
    'table' => env('DYNAMODB_CACHE_TABLE', 'cache'),
    'endpoint' => env('DYNAMODB_ENDPOINT'),
],

MongoDB

Если вы используете MongoDB, драйвер кэша mongodb предоставляется официальным пакетом mongodb/laravel-mongodb и может быть настроен с помощью подключения к базе данных mongodb. MongoDB поддерживает индексы TTL, которые можно использовать для автоматической очистки элементов кэша с истекшим сроком действия.

Для получения дополнительной информации о настройке MongoDB обратитесь к документации по кэшу и блокировкам MongoDB.

Управление кешем приложения

Получение экземпляра кеша

Чтобы получить экземпляр хранилища кеша, вы можете использовать фасад Cache, который мы будем использовать в этой документации. Фасад Cache обеспечивает удобный и краткий доступ к базовым реализациям контрактов кеширования Laravel:

<?php

namespace App\Http\Controllers;

use Illuminate\Support\Facades\Cache;

class UserController extends Controller
{
    /**
     * Показать список всех пользователей приложения.
     */
    public function index(): array
    {
        $value = Cache::get('key');

        return [
            // ...
        ];
    }
}

Доступ к различным кеш-хранилищам

Используя фасад Cache, вы можете получить доступ к различным хранилищам кеша с помощью метода store. Ключ, переданный методу store, должен соответствовать одному из хранилищ, перечисленных в массиве stores вашего конфигурационного файла config/cache.php:

$value = Cache::store('file')->get('foo');

Cache::store('redis')->put('bar', 'baz', 600); // 10 Minutes

Получение элементов из кеша

Метод get фасада Cache используется для извлечения элементов из кеша. Если элемент не существует в кеше, будет возвращено значение null. Если хотите, то вы можете передать второй аргумент методу get, указав значение по умолчанию, которое вы хотите вернуть, если элемент отсутствует:

$value = Cache::get('key');

$value = Cache::get('key', 'default');

Вы даже можете передать замыкание в качестве значения по умолчанию. Результат замыкания будет возвращен, если указанный элемент не существует в кеше. Передача замыкания позволяет отложить получение значений по умолчанию из базы данных или другой внешней службы:

$value = Cache::get('key', function () {
    return DB::table(/* ... */)->get();
});

Проверка наличия элемента

Метод has используется для определения того, существует ли элемент в кеше. Этот метод также вернет false, если элемент существует, но его значение равно null:

if (Cache::has('key')) {
    // ...
}

Увеличение и уменьшение отдельных значений в кеше

Методы increment и decrement могут использоваться для изменения значений целочисленных элементов в кеше. Оба метода принимают необязательный второй аргумент, указывающий величину увеличения или уменьшения значения элемента:

// Initialize the value if it does not exist...
Cache::add('key', 0, now()->addHours(4));

// Increment or decrement the value...
Cache::increment('key');
Cache::increment('key', $amount);
Cache::decrement('key');
Cache::decrement('key', $amount);

Выполнение замыкания с последующим сохранением и получением результата

Также вы можете не только получить элемент из кеша, но и сохранить значение по умолчанию, если запрошенный элемент не существует. Например, вы можете получить всех пользователей из кеша или, если они не существуют, получить их из базы данных и добавить их в кеш. Вы можете сделать это с помощью метода Cache::remember:

$value = Cache::remember('users', $seconds, function () {
    return DB::table('users')->get();
});

Если элемент не существует в кеше, то замыкание, переданное методу remember, будет выполнено, и его результат будет помещен в кеш.

Вы можете использовать метод rememberForever, чтобы получить элемент из кеша или сохранить его навсегда, если он не существует:

$value = Cache::rememberForever('users', function () {
    return DB::table('users')->get();
});

Устарело при повторной проверке

При использовании метода Cache::remember у некоторых пользователей может наблюдаться медленное время отклика, если срок действия кэшированного значения истек. Для определенных типов данных может быть полезно разрешить обслуживание частично устаревших данных во время пересчета кэшированного значения в фоновом режиме, чтобы у некоторых пользователей не возникало медленного ответа во время расчета кэшированных значений. Это часто называют шаблоном «устаревшего при повторной проверке» (“stale-while-revalidate”), и метод Cache::flexible обеспечивает реализацию этого шаблона.

Гибкий метод принимает массив, который определяет, как долго кэшированное значение считается «свежим», а когда оно становится «устаревшим». Первое значение в массиве представляет количество секунд, в течение которых кеш считается свежим, а второе значение определяет, как долго он может использоваться как устаревшие данные, прежде чем потребуется пересчет.

Если запрос сделан в свежем периоде (до первого значения), кэш возвращается сразу без пересчета. Если запрос сделан в течение периода устаревания (между двумя значениями), устаревшее значение передается пользователю, и отложенная функция регистрируется в обновить кэшированное значение после отправки ответа пользователю. Если запрос сделан после второго значения, кеш считается просроченным, и значение немедленно пересчитывается, что может привести к более медленному ответу пользователя:

$value = Cache::flexible('users', [5, 10], function () {
    return DB::table('users')->get();
});

Получение данных с последующим удалением элемента

Если вам нужно получить элемент из кеша, а затем удалить этот элемент, вы можете использовать метод pull. Как и в методе get, если элемент не существует в кеше, то будет возвращен null:

$value = Cache::pull('key');

$value = Cache::pull('key', 'default');

Сохранение элементов в кеше

Вы можете использовать метод put фасада Cache для сохранения элементов в кеше:

Cache::put('key', 'value', $seconds = 10);

Если время хранения не передается методу put, то элемент будет храниться бесконечно:

Cache::put('key', 'value');

Вместо того чтобы передавать количество секунд как целое число, вы также можете передать экземпляр DateTime, представляющий желаемое время хранения кешированного элемента:

Cache::put('key', 'value', now()->addMinutes(10));

Сохранение значений при условии их отсутствия

Метод add добавит элемент в кеш, только если он еще не существует в хранилище кеша. Метод вернет true, если элемент был действительно добавлен в кеш. В противном случае метод вернет false. Метод add – это атомарная операция:

Cache::add('key', 'value', $seconds);

Сохранение элементов на постоянной основе

Метод forever используется для постоянного хранения элемента в кеше. Поскольку срок действия этих элементов не истекает, то их необходимо вручную удалить из кеша с помощью метода forget:

Cache::forever('key', 'value');

Если вы используете драйвер memcached, то элементы, которые хранятся «на постоянной основе», могут быть удалены, когда кеш достигнет предельного размера.

Удаление элементов из кеша

Вы можете удалить элементы из кеша с помощью метода forget:

Cache::forget('key');

Вы также можете удалить элементы, указав нулевое или отрицательное количество секунд срока хранения:

Cache::put('key', 'value', 0);

Cache::put('key', 'value', -5);

Вы можете очистить весь кеш, используя метод flush:

Cache::flush();

Очистка кеша не учитывает ваш настроенный «префикс» кеша и удаляет все записи из кеша. Внимательно учитывайте это при очистке кеша, который используется другими приложениями.

Глобальный помощник кеша

Помимо использования фасада Cache, вы также можете использовать глобальную функцию cache для извлечения и хранения данных через кеш. Когда функция cache вызывается с одним строковым аргументом, она возвращает значение переданного ключа:

$value = cache('key');

Если вы передадите массив пар ключ / значение и срок хранения в функцию, то она будет хранить значения в кеше в течение указанного времени:

cache(['key' => 'value'], $seconds);

cache(['key' => 'value'], now()->addMinutes(10));

Когда функция cache вызывается без каких-либо аргументов, то она возвращает экземпляр реализации Illuminate\Contracts\Cache\Factory, позволяя вам вызывать другие методы кеширования:

cache()->remember('users', $seconds, function () {
    return DB::table('users')->get();
});

При тестировании вызова глобальной функции cache вы можете использовать метод Cache::shouldReceive так же, как если бы вы тестировали фасад.

Атомарные блокировки

Чтобы использовать этот функционал, ваше приложение должно использовать драйвер кеша memcached, redis, dynamodb, database, file, или array в качестве драйвера кеша по умолчанию для вашего приложения. Кроме того, все серверы должны взаимодействовать с одним и тем же центральным сервером кеширования.

Управление блокировками

Атомарные блокировки позволяют управлять распределенными блокировками, не беспокоясь об условиях приоритетности. Например, Laravel Forge использует атомарные блокировки, чтобы гарантировать, что на сервере одновременно выполняется только одна удаленная задача. Вы можете создавать и управлять блокировками, используя метод Cache::lock:

use Illuminate\Support\Facades\Cache;

$lock = Cache::lock('foo', 10);

if ($lock->get()) {
    // Блокировка получена на 10 секунд...

    $lock->release();
}

Метод get также принимает замыкание. После выполнения замыкания Laravel автоматически снимет блокировку:

Cache::lock('foo', 10)->get(function () {
    // Блокировка установлена на 10 секунд и автоматически снимается...
});

Если блокировка недоступна в тот момент, когда вы ее запрашиваете, вы можете указать Laravel подождать определенное количество секунд. Если блокировка не может быть получена в течение указанного срока, то будет выброшено исключение Illuminate\Contracts\Cache\LockTimeoutException:

use Illuminate\Contracts\Cache\LockTimeoutException;

$lock = Cache::lock('foo', 10);

try {
    $lock->block(5);

    // Блокировка получена после ожидания максимум 5 секунд...
} catch (LockTimeoutException $e) {
    // Невозможно получить блокировку...
} finally {
    $lock->release();
}

Приведенный выше пример можно упростить, передав замыкание методу block. Когда замыкание передается этому методу, Laravel будет пытаться получить блокировку на указанное количество секунд и автоматически снимет блокировку, как только замыкание будет выполнено:

Cache::lock('foo', 10)->block(5, function () {
    // Блокировка получена после ожидания максимум 5 секунд...
});

Управление блокировками между процессами

Иногда может потребоваться установить блокировку в одном процессе и снять ее в другом процессе. Например, вы можете получить блокировку во время веб-запроса и захотите снять блокировку в конце задания в очереди, которое запускается этим запросом. В этом сценарии вы должны передать «токен инициатора» с областью действия блокировки в задании в очереди, чтобы задание могло повторно создать экземпляр блокировки с использованием данного токена.

В приведенном ниже примере мы отправим задание в очередь, если блокировка будет успешно получена. Кроме того, мы передадим токен инициатора блокировки заданию в очереди с помощью метода owner блокировки:

$podcast = Podcast::find($id);

$lock = Cache::lock('processing', 120);

if ($lock->get()) {
    ProcessPodcast::dispatch($podcast, $lock->owner());
}

В рамках задания ProcessPodcast нашего приложения мы можем восстановить и снять блокировку с помощью токена инициатора:

Cache::restoreLock('processing', $this->owner)->release();

Если вы хотите принудительно снять блокировку без учета текущего инициатора, то вы можете использовать метод forceRelease:

Cache::lock('processing')->forceRelease();

Добавление собственных драйверов кеша

Написание драйвера кеша

Чтобы создать собственный драйвер кеша, сначала нужно реализовать контракт Illuminate\Contracts\Cache\Store. Итак, реализация кеша MongoDB может выглядеть примерно так:

<?php

namespace App\Extensions;

use Illuminate\Contracts\Cache\Store;

class MongoStore implements Store
{
    public function get($key) {}
    public function many(array $keys) {}
    public function put($key, $value, $seconds) {}
    public function putMany(array $values, $seconds) {}
    public function increment($key, $value = 1) {}
    public function decrement($key, $value = 1) {}
    public function forever($key, $value) {}
    public function forget($key) {}
    public function flush() {}
    public function getPrefix() {}
}

Нам просто нужно реализовать каждый из этих методов, используя соединение MongoDB. Для примера того, как реализовать каждый из этих методов, взгляните на Illuminate\Cache\MemcachedStore в исходном коде фреймворка Laravel. Как только наша реализация будет завершена, мы можем завершить регистрацию своего драйвера, вызвав метод extend фасада Cache:

Cache::extend('mongo', function (Application $app) {
    return Cache::repository(new MongoStore);
});

Если вам интересно, где разместить свой собственный код драйвера кеша, то вы можете создать пространство имен Extensions в своем каталоге app. Однако имейте в виду, что Laravel не имеет жесткой структуры приложения, и вы можете организовать свое приложение в соответствии со своими предпочтениями.

Регистрация драйвера кеша

Чтобы зарегистрировать свой драйвер кеша в Laravel, мы будем использовать метод extend фасада Cache. Поскольку другие поставщики служб могут попытаться прочитать кешированные значения в рамках своего метода boot, мы зарегистрируем свой драйвер в замыкании booting. Используя замыкание booting, мы можем гарантировать, что наш драйвер зарегистрирован непосредственно перед тем, как метод boot вызывается поставщиками служб нашего приложения, и после того, как метод register вызывается для всех поставщиков служб. Мы зарегистрируем наше замыкание booting в методе register класса App\Providers\AppServiceProvider нашего приложения:

<?php

namespace App\Providers;

use App\Extensions\MongoStore;
use Illuminate\Contracts\Foundation\Application;
use Illuminate\Support\Facades\Cache;
use Illuminate\Support\ServiceProvider;

class AppServiceProvider extends ServiceProvider
{
    /**
     * Регистрация любых служб приложения.
     */
    public function register(): void
    {
        $this->app->booting(function () {
            Cache::extend('mongo', function (Application $app) {
                return Cache::repository(new MongoStore);
            });
        });
    }

    /**
     * Загрузка любых служб приложения.
     */
    public function boot(): void
    {
        // ...
    }
}

Первым аргументом, передаваемым методу extend, является имя драйвера. Оно будет соответствовать вашему параметру driver в файле конфигурации config/cache.php. Второй аргумент – это замыкание, которое должно возвращать экземпляр Illuminate\Cache\Repository. Замыкание будет передано экземпляру $app, который является экземпляром контейнера служб.

После регистрации расширения обновите переменную среды CACHE_STORE или опцию default в файле конфигурации вашего приложения config/cache.php, указав имя вашего расширения.

События

Чтобы выполнить код при каждой операции с кэшем, вы можете прослушивать события, запускаемые кэшем:

Чтобы повысить производительность, вы можете отключить события кэширования, установив для параметра конфигурации events значение false для данного хранилища кэша в файле конфигурации config/cache.php вашего приложения:

'database' => [
    'driver' => 'database',
    // ...
    'events' => false,
],