使用缓存策略提高 API 性能

API 或应用程序编程接口充当不同软件系统之间的桥梁，允许它们进行通信和交换数据。API 必须表现良好并快速响应请求，因为这会直接影响用户体验。

提高 API 性能的一种方法是使用缓存策略。缓存涉及临时存储经常使用的数据，以便在下次需要时可以更快地检索这些数据。通过在 API 中实施缓存，可以缩短响应时间、提高可扩展性并提供更好的用户体验。

本文将深入探讨 API 的缓存策略，并探索不同类型的缓存，如客户端缓存和服务器端缓存。同时，将讨论缓存的好处，并提供在 API 中实施缓存的提示，包括最佳实践和要避免的常见陷阱。无论是经验丰富的 API 开发人员还是新手，本文都将提供有关如何使用缓存来提高 API 性能的宝贵见解。

了解 API 缓存

缓存是计算中使用的一种技术，用于临时存储经常使用的数据。其目的是通过减少从较慢源（如数据库）检索数据的时间来加快数据访问速度。这有助于减少源上的负载，并提供更快的数据访问，从而提高系统的整体性能。

在 API 的上下文中，缓存可以通过将常用请求的结果存储在缓存中来缩短请求的响应时间。这使得 API 在下次发出相同请求时能够快速检索缓存的结果，而无需从底层数据源重新检索数据。使用缓存可以提供更快、响应更迅速的用户体验，同时减少数据源的负载，提高系统的可扩展性。

客户端与服务器端 API 缓存

客户端缓存和服务器端缓存是用于提高 API 性能的主要缓存类型。选择使用哪种类型的缓存取决于 API 的具体要求和数据类型。

客户端缓存发生在客户端，即数据存储在用户的设备或客户端的 Web 浏览器中。这种缓存通过减少需要通过网络传输的数据量和减轻服务器负载，从而提高网站性能。

服务器端缓存发生在服务器上，即数据存储在服务器端。服务器端缓存可以存储数据库查询结果或其他经常使用的计算结果，以便在下次需要时能更快地检索数据。

对 API 使用缓存的好处

对 API 使用缓存的好处包括：

1. 改进的响应时间：将常用数据存储在缓存中，可以更快地检索数据，从而缩短响应时间并改善整体用户体验。
2. 提高可扩展性：缓存减少底层数据源（如数据库）的负载，提高了可扩展性，允许 API 处理更多流量。
3. 减少网络流量：缓存减少通过网络传输的数据量，有助于减少网络拥塞，尤其对速度较慢或拥塞的移动用户来说，能提高性能。
4. 更高的可靠性：将数据存储在缓存中，即使底层数据源不可用，API 也能继续运行，因为数据可以从缓存中检索。
5. 节省成本：缓存减少基础数据源的负载，有助于降低运行 API 的成本，特别是对于处理大量数据的 API。
6. 更好地利用资源：减少对底层数据源的需求，提升 API 整体效率，并更好地利用系统资源。

这些是使用缓存的主要好处。通过实施有效的缓存策略，API 开发人员可以显著提高 API 性能和可扩展性，并提供更优的用户体验。

为 API 实现客户端缓存

客户端缓存是指在客户端存储数据，通常在客户端的 Web 浏览器中。当客户端向 API 发出请求时，响应可以存储在客户端的缓存中，以便在下次发出相同请求时更快地检索数据。

客户端缓存通常用于静态内容，如图像、视频和其他资产，这些内容可能在一段时间内保持不变。通过在客户端缓存这些数据，API 可以减少需要通过网络传输的数据量，从而提高网站或应用程序的性能。

客户端缓存对移动用户特别有用，因为它可以帮助减少下载的数据量，并提高在慢速或拥塞网络上的性能。

在决定是否使用客户端缓存时，API 开发人员应考虑数据的性质及其变化频率。如果数据不经常更改，则客户端缓存可能是提高 API 性能和可扩展性的有效策略。然而，如果数据频繁更改，客户端缓存可能导致显示过时的数据，因此可能不是最佳选择。

可用于客户端 API 缓存的技术包括：

1. HTTP 缓存标头：用于控制客户端内容的缓存。可以指定资源的缓存时间以及重用缓存资源的条件。
2. 本地存储：一种基于浏览器的存储机制，允许在客户端存储数据并在后续访问。可用于缓存 API 数据，从而提高网站或应用程序的性能。
3. 服务工作者：在网站或应用程序后台运行的脚本，可用于缓存资源以供离线使用。Service Worker 可以缓存 API 响应，提升网站或应用程序的性能，即使在离线状态下也能继续使用。
4. 缓存 API：一个 Web API，提供了在客户端缓存中缓存资源的编程方式。可用于缓存 API 响应，提高网站或应用程序的性能。

客户端 API 缓存的优缺点

客户端缓存有利有弊。API 开发人员在决定是否使用客户端缓存以及如何实现时，应考虑以下因素。

客户端 API 缓存的优点：

1. 改进的性能：客户端缓存通过减少网络传输的数据量，提高了网站或应用程序的性能。
2. 更好的用户体验：通过缩短响应时间和提升性能，客户端缓存能够提供更好的用户体验。
3. 减少网络流量：客户端缓存减少需要通过网络发送的数据量，从而降低网络拥塞，特别是对网络速度较慢或拥塞的移动用户有显著的提升。
4. 离线访问：通过在客户端缓存数据，即使用户脱机，也能检索数据，从而改善用户体验，尤其适用于不总是有 Internet 连接的移动用户。

客户端 API 缓存的缺点：

1. 过时的数据：如果客户端缓存的数据频繁更改，可能会导致显示过时的数据。
2. 存储空间有限：客户端存储的数据量受限于客户端设备上的可用存储空间。
3. 安全问题：如果敏感数据存储在缓存中，可能会带来安全风险，因为缓存数据可能被恶意行为者访问。
4. 复杂的实现：实现客户端缓存可能较为复杂，需要深入了解缓存技术和正在缓存的数据。

实现服务器端 API 缓存

服务器端缓存是一种在服务器上缓存数据的技术，旨在减少需要通过网络传输的数据量。这种缓存可以提高 API 性能，并减少 API 服务器上的负载。

服务器端 API 缓存适用于以下场景：

1. 重复请求相同的数据：如果 API 接收到许多相同数据的重复请求，可以在服务器端缓存这些数据，以便快速响应后续的相同请求，而无需重新从数据库或其他数据源获取数据。
2. API 服务器负载过重：当 API 负载过重时，可以通过减少需要处理和提供的数据量来减轻服务器负担，从而使用服务器端缓存来优化性能。
3. 响应时间长：如果 API 的响应时间较长，服务器端缓存可以减少处理请求的时间。缓存数据后，服务器可以更快速地处理对相同数据的后续请求。
4. 静态数据：对于不经常更改的静态数据，可以使用服务器端缓存将这些数据存储在服务器上，以便后续请求可以更快地处理。

API 的服务器端缓存技术

用于服务器端缓存 API 的技术包括：

1. 数据库缓存：在服务器上缓存数据库查询的结果，以便快速处理对相同数据的后续请求，而无需重新运行查询。这有助于减少从数据库获取数据所需的时间，从而提高 API 性能。
2. 内存中缓存：将数据存储在服务器的 RAM 中，使得对数据的请求可以从内存中快速检索。由于从内存中检索数据比从磁盘中检索更快，这种技术显著提升了 API 性能。
3. 文件系统缓存：在文件系统上缓存数据，使得对相同数据的后续请求可以快速处理，而无需从磁盘中重新获取数据。
4. 反向代理缓存：通过中间服务器（反向代理）缓存 API 响应。当收到请求时，反向代理会检查是否有缓存的响应版本。如果有，直接返回给客户端；如果没有，转发请求到 API 服务器，缓存响应并返回给客户端。这种方法有助于减少 API 服务器的负载，提高整体性能。
5. 内容分发网络（CDN）缓存：使用 CDN 缓存来自 API 服务器的数据，使得后续请求可以从 CDN 快速提供，而不是直接从 API 服务器获取。这可以显著提高数据的访问速度和可靠性。

服务器端缓存 API 的优缺点

服务器端缓存有利有弊。API 开发人员在决定是否使用服务器端缓存以及如何实施时，应考虑以下因素：

服务器端 API 缓存的优点：

1. 改进的性能：通过减少处理请求所需的时间，服务器端缓存可以提高 API 性能，并减少服务器负载。
2. 减少网络流量：服务器端缓存可以减少需要通过网络传输的数据量，从而提升 API 的整体响应能力。
3. 可扩展性：通过减少服务器负载，服务器端缓存有助于提高 API 的可扩展性，使其能更好地处理增加的流量。
4. 节省成本：减少处理请求所需的资源量，从而降低硬件、软件和维护成本。

服务器端 API 缓存的缺点：

1. 复杂性增加：服务器端缓存会增加 API 的复杂性，需要额外的设置和配置。
2. 维护开销：需要持续监控和管理缓存，以确保其正常工作并保持性能优势。
3. 过时的数据：如果缓存未定期更新或失效，可能导致提供过时的数据，从而给客户端带来不正确的结果。
4. 额外延迟：检查缓存后，如果记录不可用，仍需从数据源获取记录，这会增加额外的延迟。

为 API 选择正确的缓存策略

确定特定 API 的最佳缓存策略需要综合考虑多个因素，包括 API 的要求、性能目标、资源可用性、数据架构以及客户端需求。

需要考虑的因素包括：

1. 数据新鲜度：API 提供的数据更新频率将影响缓存策略的选择。频繁更新的数据可能需要不同的缓存策略，而不常更改的数据则可以使用其他策略。
2. 数据大小：数据的大小决定了适合的缓存策略。大数据量可能需要更高效的缓存方案，而少量数据可以使用简单的缓存策略。
3. 数据访问模式：访问模式也会影响缓存策略的选择。频繁和并发访问的数据可能需要更复杂的缓存机制，而不常访问的数据可以使用简单缓存。
4. 性能目标：API 的性能要求，例如响应时间和允许的过时数据级别，将决定最合适的缓存策略。
5. 成本：实施和维护缓存策略的成本是关键考虑因素。一些策略可能成本较高，需要权衡成本和性能收益。
6. 复杂性：缓存策略的实现和维护复杂性也需要考虑。选择易于管理和维护的策略可以减少长期开销。
7. 可扩展性：API 的可扩展性要求（处理增加的流量和数据增长的能力）将影响缓存策略的选择。一些策略可能更适合可扩展的需求。

综合这些因素，可以确定最适合特定 API 的缓存策略，以优化性能和用户体验。

何时使用不同的 API 缓存策略

根据数据新鲜度、数据大小、数据访问模式、性能目标、成本、复杂性和可扩展性等因素，不同的缓存策略适用于不同的使用案例。

客户端缓存（如使用 HTTP 缓存标头和本地存储）适用于以下情况：

• 数据新鲜度要求不高。
• 数据量较小。
• 客户端存储容量有限或网络带宽受限。

服务器端数据库缓存（将数据缓存在与主数据库分开的数据库中）适用于以下情况：

• 数据新鲜度要求较高。
• 数据量较大。
• 需要处理复杂的数据访问模式和同时服务多个客户端。

服务器端内存缓存（将数据缓存在服务器的内存中）适用于以下情况：

• 数据新鲜度要求较高。
• 数据量较小。
• 数据访问模式简单，同时需要向多个客户端提供数据。

混合缓存（结合客户端缓存和服务器端缓存）适用于以下情况：

• 数据新鲜度要求高。
• 数据量较大。
• 数据访问模式复杂，需要同时服务多个客户端。

这些示例展示了不同缓存策略如何满足各种使用案例的需求。API 开发人员应根据具体的 API 要求和数据特点选择合适的缓存策略，以优化性能和用户体验。

在 API 中实现缓存的实用技巧

使用这些提示来实施 API 缓存可以显著提高性能并改善用户体验：

1. 定义缓存目标：明确缓存的性能目标，比如减少延迟、缩短响应时间等，以便有针对性地实施缓存策略。
2. 使用 HTTP 缓存标头：通过设置 HTTP 缓存标头来控制响应的缓存行为，如指定缓存时间和缓存条件。
3. 使用缓存控制标头：利用“max-age”和“no-cache”等标头进一步管理缓存策略，控制响应的最大有效期限和缓存行为。
4. 将常用数据存储在内存中：通过服务器端内存缓存减少数据库访问次数，提高数据检索速度。
5. 使用缓存键：为每个缓存条目指定唯一的缓存键，方便数据的快速检索和更新。
6. 使缓存条目失效：定期使缓存条目失效以确保数据的新鲜度，防止缓存过时的数据被使用。
7. 监控缓存性能：定期检查缓存性能，以识别潜在的瓶颈和优化缓存策略。
8. 考虑使用缓存库：利用现有的缓存库简化实现过程，减少开发工作量，并确保缓存机制的正确性。

测试和调试 API 缓存的最佳实践

为了有效地测试和调试 API 中的缓存，请遵循以下最佳实践：

1. 测试缓存标头：使用不同的缓存标头（如 Cache-Control 和 Expires）测试缓存行为，确保它们按照预期工作。
2. 测试缓存失效：验证缓存失效机制，确保缓存更新和过期数据被正确处理。
3. 检查缓存标头：利用浏览器开发者工具或网络分析工具检查缓存标头设置，确认其正确性。
4. 监控缓存命中率：跟踪缓存命中率和未命中率，评估缓存的有效性并识别性能瓶颈。
5. 性能对比测试：对比使用缓存和不使用缓存的 API 性能，评估缓存对响应时间和服务器负载的影响。
6. 测试缓存存储类型：测试不同的缓存存储类型（如内存缓存与磁盘缓存），选择最适合您的使用场景的存储类型。
7. 实验缓存过期策略：尝试不同的缓存过期策略，找出最适合您的数据和使用案例的策略。
8. 日志记录调试：使用日志记录来调试缓存问题，跟踪和分析缓存行为，以识别配置或实现中的问题。

使用 API 缓存时要避免的陷阱

避免以下常见陷阱可以帮助您有效实施 API 缓存，确保性能和用户体验的提升：

1. 过度缓存：设置合适的过期策略和失效机制，避免返回过时数据。
2. 欠缓存：缓存经常访问的数据，并优化缓存大小和驱逐策略，以减少服务器负载和提高性能。
3. 缓存敏感数据：避免缓存个人信息等敏感数据，实施适当的安全措施以保护数据隐私。
4. 忽视缓存一致性：确保缓存的一致性，使用缓存一致性策略（如缓存踩踏保护）以保持数据的准确性和最新性。
5. 不测试缓存行为：彻底测试缓存，包括缓存失效和过期策略，以确保缓存功能正常。
6. 使用不适当的缓存存储类型：选择合适的缓存存储类型，根据数据大小、新鲜度和响应时间要求来优化性能。
7. 未监控缓存性能：定期监控缓存性能，跟踪命中率、缓存大小和驱逐策略，及时调整和优化缓存配置。

总结：缓存对 API 性能的影响

缓存通过减少服务器负载和缩短响应时间来提升 API 性能。主要有客户端缓存和服务器端缓存两种类型。客户端缓存如 HTTP 缓存标头和本地存储，适用于数据更新不频繁且存储需求较小的场景；服务器端缓存包括内存中缓存、数据库缓存和文件系统缓存，适合数据访问频繁且存储需求较大的情况。

在实施缓存时，应遵循最佳实践，如定义缓存目标、测试缓存行为、避免常见陷阱（如过度缓存或缓存敏感数据），以及定期监控缓存性能。这样可以确保缓存有效提升 API 性能，改善用户体验。

原文链接：https://dzone.com/articles/managing-api-changes-best-practices-for-versioning-1