Caching Strategies: Tối ưu hiệu suất web với Redis, Varnish, CDN

Caching strategies là kỹ thuật quan trọng nhất để tối ưu tốc độ website. Theo Google, 53% người dùng rời trang nếu load time > 3 giây. Mỗi 100ms delay làm giảm conversion 1%. Với caching strategies đúng cách, bạn có thể giảm TTFB từ 500ms xuống 50ms và chịu được spike traffic gấp 100 lần.

Bài viết này đi sâu vào các chiến lược caching từ browser cache ở tầng client, CDN ở tầng edge, reverse proxy (Varnish/Nginx) ở tầng server, đến Redis/Memcached ở tầng application. Đây là guide đầy đủ nhất về caching strategies cho web developer.

Caching Strategies là gì? Tại sao quan trọng?

Caching strategies là các phương pháp lưu trữ dữ liệu tạm thời ở nhiều tầng để giảm thời gian truy xuất và tăng tốc website. Cache biến trang động thành static, cắt giảm CPU, giảm TTFB và giúp hệ thống chịu được lưu lượng cao.

• Giảm tải Database: Caching strategies giúp cache query results, không cần query lại DB mỗi request. Giảm 80-90% database load.
• Rút ngắn TTFB: Time To First Byte từ 500ms xuống 50ms khi dùng full-page cache. Đây là thành phần quan trọng của Core Web Vitals.
• Tăng throughput: Server xử lý được 10x-100x requests/giây hơn so với không cache. Giúp website scale khi traffic tăng đột biến.
• Tiết kiệm chi phí: Ít server hơn để xử lý cùng lượng traffic. AWS, Google Cloud đều khuyến nghị implement caching strategies tối ưu.

8 Caching Strategies hiệu quả nhất

Caching strategies không chỉ là một lớp đơn lẻ — nó là một stack nhiều tầng. Mỗi tầng có vai trò riêng và bổ sung cho nhau. Hiểu rõ 8 caching strategies sau giúp bạn thiết kế cache system hiệu quả.

1. Browser Cache (Client-side)

Đây là tầng gần nhất với user. Browser cache lưu trữ CSS, JS, images, fonts trên máy user. Lần sau truy cập, trình duyệt không cần tải lại — chỉ cần kiểm tra xem resource có thay đổi không qua ETag/Last-Modified.

• Cache-Control header: Header quan trọng nhất cho caching strategies. max-age=31536000 cho static assets immutable (có hash filename).
• ETag / Last-Modified: Revalidation headers — browser hỏi server “resource này có đổi không?” trước khi dùng bản cache.
• Service Worker: PWA cache, cho phép offline access và advanced caching strategies như Stale-While-Revalidate.

2. CDN Edge Cache (Network)

CDN đặt cache ở mạng biên (edge nodes) toàn cầu. User ở Vietnam được serve từ Singapore/Sydney thay vì origin server ở US — giảm RTT từ 200ms xuống 20ms. Đây là caching strategies phổ biến nhất hiện nay.

• Static asset caching: Cache CSS, JS, images, fonts ở edge. Cache lifetime: hours đến days.
• HTML caching: Cache entire pages cho anonymous users. Cache lifetime: minutes đến hours.
• Image optimization: Cloudflare Images, Imgix, Cloudinary tự động resize, convert WebP/AVIF. Đây là caching strategies tối ưu cho media.

3. Reverse Proxy Cache (Server-side)

Reverse proxy đặt trước application server. Nó cache responses từ app, giảm tải hoàn toàn cho backend. Đây là caching strategies quan trọng cho PHP apps như WordPress và Laravel.

• Varnish: HTTP accelerator, chuyên về full-page cache. Dùng VCL (Varnish Configuration Language) để customize caching logic.
• Nginx FastCGI Cache: Built-in vào Nginx, đơn giản hơn Varnish, tích hợp tốt với PHP-FPM. Rất phổ biến trong các caching strategies cho WordPress.
• Proxy cache: Cache API responses, JSON, redirects. Phần quan trọng của caching strategies cho REST API.

4. Redis Cache (Application Cache)

Redis là lựa chọn hàng đầu cho object cache. Đây là caching strategies phổ biến nhất trong production. Redis nhanh, persistent, và có nhiều data structures hữu ích cho distributed caching.

• Strings: Cache simple values như serialized objects, JSON. Đây là basic caching strategies.
• Hashes: Cache objects với multiple fields. Tốt cho caching strategies của user profiles.
• Lists/Sets: Cache feed items, leaderboards. Advanced caching strategies cho real-time data.

5. Memcached Cache

Memcached là simple key-value store, pure memory, no persistence. Nhanh nhưng không có durability. Đây là caching strategies đơn giản cho session cache và simple object cache.

6. Local In-Memory Cache

LRU caches trong process (node-cache, Guava Cache, PHP OPcache). Rất nhanh nhưng không share giữa các instances. Đây là caching strategies tốt cho single-server deployments.

7. Full-Page Cache

Cache toàn bộ HTML page. Impact lớn nhất của caching strategies — có thể giảm TTFB từ 500ms xuống 20ms. Thường dùng cho anonymous users. Authenticated users cần bypass.

8. Cache-Aside Pattern (Lazy Loading)

Pattern phổ biến nhất trong các caching strategies. Application tự quản lý cache: đọc cache trước, nếu miss thì đọc từ DB rồi set cache. Đơn giản, dễ implement, và chỉ cache những gì được access.

Cấu hình Nginx FastCGI Cache (Caching Strategies)

Phần quan trọng nhất — cấu hình reverse proxy cache. Đây là caching strategies phổ biến nhất cho WordPress và Laravel.

# nginx.conf
# Định nghĩa cache zone cho caching strategies
fastcgi_cache_path /var/cache/nginx/wordpress levels=1:2 
    keys_zone=WP_CACHE:100m inactive=60m max_size=1g;

server {
    listen 80;
    server_name example.com;
    root /var/www/html;
    index index.php;

    # FastCGI_params
    include fastcgi_params;
    fastcgi_pass unix:/run/php/php8.2-fpm.sock;
    fastcgi_param SCRIPT_FILENAME $document_root$fastcgi_script_name;

    # Cache config theo caching strategies
    fastcgi_cache WP_CACHE;
    fastcgi_cache_valid 200 301 302 60m;
    fastcgi_cache_valid 404 1m;
    fastcgi_cache_use_stale error timeout updating;
    fastcgi_cache_lock on;
    add_header X-Cache-Status $upstream_cache_status;

    # PURGE method — xóa cache khi cần
    location ~ /purge(/.*) {
        fastcgi_cache_purge WP_CACHE "$scheme$request_method$host$1";
    }

    # Bypass cache cho logged-in users (caching strategies quan trọng)
    set $skip_cache 0;
    if ($http_cookie ~* "wordpress_logged_in|wp-postpass|comment_author") {
        set $skip_cache 1;
    }
    fastcgi_cache_bypass $skip_cache;
    fastcgi_no_cache $skip_cache;

    location / {
        try_files $uri $uri/ /index.php?$args;
    }

    location ~ \.php$ {
        fastcgi_cache_bypass $skip_cache;
        fastcgi_no_cache $skip_cache;
    }
}

# /etc/varnish/default.vcl

vcl 4.1;

backend default {
    .host = "127.0.0.1";
    .port = "8080";
}

# ACL cho PURGE requests trong caching strategies
acl purge {
    "localhost";
    "127.0.0.1";
}

sub vcl_recv {
    # Handle PURGE method cho caching strategies
    if (req.method == "PURGE") {
        if (!client.ip ~ purge) {
            return (synth(405, "Not allowed."));
        }
        return (purge);
    }

    # Bypass cache cho logged-in users
    if (req.http.Cookie ~ "wordpress_logged_in|wp-postpass") {
        return (pass);
    }

    # Grace mode — serve stale content khi backend is sick
    if (std.healthy(req.backend_hint)) {
        set req.grace = 1s;
    } else {
        set req.grace = 1h;
    }
}

sub vcl_hash {
    # Hash bao gồm cookies cho caching strategies
    hash_data(req.url);
    if (req.http.host) {
        hash_data(req.http.host);
    } else {
        hash_data(server.ip);
    }
}

sub vcl_backend_response {
    # Cache 404 và 301 responses
    if (beresp.status == 404 || beresp.status == 301) {
        set beresp.ttl = 10m;
    }
    
    # Don't cache private responses
    if (beresp.http.Cache-Control ~ "private" || 
        beresp.http.Cache-Control ~ "no-store") {
        return (deliver);
    }
    
    set beresp.ttl = 1h;
    set beresp.grace = 1h;
}

sub vcl_deliver {
    # Thêm header debug cho caching strategies
    if (obj.hits > 0) {
        set resp.http.X-Cache = "HIT";
    } else {
        set resp.http.X-Cache = "MISS";
    }
}

# /etc/redis/redis.conf

# Memory cho caching strategies
maxmemory 2gb
maxmemory-policy allkeys-lru

# Persistence (RDB + AOF) cho Redis cache
save 900 1
save 300 10
save 60 10000
appendonly yes
appendfsync everysec

# Networking tối ưu cho Redis cache
tcp-backlog 511
timeout 0
tcp-keepalive 300

# Performance cho Redis cache
stop-writes-on-bgsave-error yes
rdbcompression yes
lazyfree-lazy-eviction yes

# Kiểm tra cache hit ratio trong Redis cache
redis-cli info stats | grep keyspace

# Monitor real-time Redis cache operations
redis-cli monitor

# Xóa keys theo pattern (cache invalidation)
redis-cli KEYS "user:profile:*" | xargs redis-cli DEL

# Dump memory usage by key pattern trong Redis cache
redis-cli --bigkeys

# Set TTL cho key trong Redis cache
redis-cli EXPIRE user:session:123 3600

# Atomic increment cho counters, rate limiting
redis-cli INCR page:views:20240115

# Key với version trong caching strategies
cache:v2:user:profile:123  → user profile v2
cache:v2:post:list:page:1 → post list v2

# Khi deploy config mới, tăng version trong caching strategies:
cache:v3:user:profile:123 → automatic, old keys tự expire