به نظر می‌رسد ایده‌ی بسیاری از روش‌ها و مفاهیم پیچیده در موضوعات مختلف از دل اتفاقات ساده و پیش‌پاافتاده در طبیعت نشأت می‌گیرد. شناخت ریشه‌ای این ایده‌ها و ساده‌سازی آن‌ها در ذهن می‌تواند به دسترسی و استفاده درست از آن‌ها در موقعیت‌های پیچیده کمک کند. یکی از این اتفاقات، که حتماً در دوران کودکی در بسیاری از فیلم‌ها و کارتون‌ها دیده‌ایم، جمع‌آوری بلوط توسط سنجاب‌هاست! اما چرا سنجاب این کار را می‌کند؟ از آنجایی که این دسته از حیوانات برای تأمین غذا در فصل‌های سرد باید انرژی بیشتری صرف کنند و پیدا کردن غذا در این فصل ممکن است به خطر مرگ آن‌ها منجر شود، غریزه‌ی این حیوانات به آن‌ها می‌گوید که برای زمان‌هایی که تأمین انرژی کافی دشوار است، غذای مورد نظر خود را انبار کنند. حال این موضوع چه ربطی به بحث ما یعنی “cache warm-up” در حوزه مهندسی نرم‌افزار دارد؟
بیایید با تعریف یک تجربه در یکی از پروژه‌های چند سال اخیر شروع کنیم. چند سال پیش قرار بود یک پروژه مهم را بازنویسی کنیم. در این پروژه قرار بود چند هزار صفحه لندینگ پیج ساخته شود که محتوای هر کدام متفاوت بود و این محتوا به صورت اختصاصی و به ازای هر محصول و موقعیت جغرافیایی ساخته می‌شد. بنابراین، محتوای صفحات قرار نبود توسط یک مدیر محتوا کنترل شود؛ بلکه فقط چند قانون برای محصولات مختلف تعریف می‌شد و صفحات بر اساس آن قوانین، پیشنهادات به محصولات دیگر یا فیدبک‌ها و … را می‌ساختند. تک‌تک این سرویس‌ها مانند پیشنهادات یا فیدبک‌ها در تعامل با سرویس‌های مختلف ایجاد می‌شدند و در برخی موارد پروسه‌های پیچیده‌ای مانند پیشنهاد محصولات بر اساس شعاع جغرافیایی محصول فعلی ایجاد می‌شد که انجام آن در لحظه شبیه به پیدا کردن غذا در فصل زمستان برای یک سنجاب بود. به همین دلیل تصمیم گرفتیم بلوط‌ها را قبل از رسیدن به فصل سرما جمع کنیم. این یعنی چه؟ در مهندسی نرم‌افزار و استفاده از کش، مفاهیم مختلفی داریم که در اینجا قصد ندارم به آن‌ها بپردازم، اما مسأله‌ای که امروز می‌خواهم به آن اشاره کنم، مفهوم “cache warm-up” است. در حالت عادی، زمانی که ما قصد داریم از سیستم کش برای بهبود عملکرد سیستم استفاده کنیم، لایه کش (که خیلی سریع‌تر از لایه اصلی ذخیره‌سازی است) روی لایه‌ای از ذخیره‌سازی که منابع بیشتری استفاده می‌کند، قرار می‌گیرد. زمانی که درخواستی به سمت اپلیکیشن شما می‌آید، اگر آن دیتا در کش وجود داشته باشد، دیگر به لایه اصلی نمی‌رود و دیتا با سرعت بسیار بالاتری در دسترس قرار می‌گیرد. در غیر این صورت، درخواست به لایه اصلی می‌رود و پس از محاسبه، یک نسخه از آن دیتا در لایه کش قرار می‌گیرد. حالتی که داده در لایه کش قرار نگرفته، اصطلاحاً “cold cache” نامیده می‌شود و زمانی که داده از لایه اصلی به کش انتقال پیدا می‌کند، “warm cache” نامیده می‌شود. اگر کسی به هر یک از این صفحات برای اولین بار مراجعه می‌کرد، در بهترین حالت با تأخیر زیادی صفحه را می‌دید و در حالت احتمالی به خاطر زیاد بودن درخواست‌ها، زمان‌بر می‌شد. پس راه حل چیست؟ در اینجا ما روی مفهومی به نام “cache warm-up” کار کردیم. در این پروسه، خودمان داده را از مرحله cold cache به warm cache انتقال می‌دهیم و آن را در بازه‌های زمانی مشخص می‌سازیم. این پروسه به صورت موازی و در بک‌گراند انجام می‌شود و در عرض چند دقیقه برای تمام محصولاتی که تحت تأثیر تغییر مربوطه بودند، انجام می‌شود. در نتیجه، زمانی که ما هر صفحه را لود می‌کنیم، به جای ساخت و محاسبه آن صفحه، دیتای ساخته‌شده از کش خوانده می‌شود و عملاً سنجاب ما برای غذا خوردن در موقعیت‌های حساس کمترین انرژی را مصرف می‌کند. این مفهوم در بسیاری از الگوهای نرم‌افزاری استفاده می‌شود و یکی از روش‌های مؤثر برای افزایش عملکرد برنامه‌هاست. اما باید به این موضوع اشاره کرد که مانند هر روشی، علاوه بر مزیت‌های ذکرشده، مواردی وجود دارد که باید در زمان استفاده از آن در نظر گرفته شوند. مثلاً این روش نسبتاً پیچیده است و نیاز به پیاده‌سازی درستی دارد، همچنین منقضی کردن و ساخت مجدد دیتا در کش و یا زیاد بودن تعداد warm-up کردن به ازای تغییرات و نسبت آن با زمان محاسبه در لحظه.
جمع‌بندی:
مفهوم “cache warm-up” در مهندسی نرم‌افزار می‌تواند به عنوان یک راهکار مؤثر برای بهبود عملکرد سیستم‌ها در شرایط خاص مورد استفاده قرار گیرد. با پیش‌بارگذاری داده‌ها در کش، می‌توان از تأخیر در بارگذاری صفحات جلوگیری کرد و منابع را بهینه‌تر مصرف کرد. این مفهوم با الهام از رفتار سنجاب‌ها در جمع‌آوری غذا برای فصول سرد، در واقع به ما یادآوری می‌کند که آماده‌سازی و پیش‌بینی نیازها می‌تواند منجر به کارایی بهتر و کاهش هزینه‌ها شود. با این حال، باید به پیچیدگی‌های پیاده‌سازی و چالش‌های مرتبط با آن نیز توجه شود.
