Zwischenspeicherung

Zwischenspeicherung (Caching) bezeichnet das temporäre Speichern von Kopien häufig genutzter Daten in schneller zugänglichen Speichern, um Zugriffe auf teurere oder weiter entfernte Ressourcen zu vermeiden oder zu beschleunigen. Ziel ist es, Latenz zu verringern, Durchsatz zu erhöhen und Netz- oder Speicherlast zu senken. Bei einem Cache werden Lese- und Schreibzugriffe möglichst aus dem Cache bedient; bei einem Cache-Miss müssen Daten aus dem Ursprungsspeicher oder Backend nachgeladen und in den Cache eingefügt werden.

Caches existieren auf verschiedenen Ebenen: CPU-Caches (L1, L2, L3), die Hauptspeicherzugriffe beschleunigen; Festplatten- oder Speichercaches; Web-Caches und Content Delivery Networks zur Beschleunigung von Webseiten und Mediendaten; Anwendungs- oder Datenbankcaches (z. B. Redis, Memcached) zur Beschleunigung häufiger Abfragen.

Die Konsistenz ist ein zentrales Problem: Cache-Inhalte können veraltet sein, wenn Backend-Daten geändert wurden. Typische Strategien sind zeitbasierte Abläufe (Time-to-Live), Invalidation bei Änderungen oder Write-Through/Write-Back-Verfahren. Eviction-Politiken wie LRU, LFU oder FIFO entscheiden, welche Einträge entfernt werden, wenn der Cache voll ist.

Wichtige Kennzahlen sind Cache-Hit-Rate, Miss-Rate, Latenz und Durchsatz. Cache-Entwicklung umfasst Pre-Fetching, Cache-Warming und Monitoring.

Anwendungsbeispiele finden sich in Webbrowsern und Webservern, Datenbank- bzw. Anwendungs-Caches, Betriebssystem- und Rechensystemen. Vorteile sind geringere Latenz und bessere Skalierbarkeit; Risiken umfassen veraltete Daten, erhöhter Speicherbedarf und Komplexität bei der Konsistenz.

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