الكاش مع ElastiCache

في الجزء الثامن بنينا قاعدة بيانات قوية. بس تخيل الصفحة الرئيسية في متجرك تعرض نفس 20 منتج لكل زائر. آلاف الزوار يعني قاعدة البيانات تنفذ نفس الاستعلام آلاف المرات، وترجع نفس الجواب.

الحل بسيط: احفظ الجواب في مكان سريع، وارجع له بدل ما تسأل قاعدة البيانات كل مرة. هذا الكاش.

وش هو الكاش؟ #

الكاش نسخة مؤقتة من بيانات تكلّفك وقت أو جهد عشان تجيبها. والذاكرة أسرع بكثير من القرص، فالجواب يوصل عادةً في أقل من ملي ثانية. وهذا يعطيك:

• سرعة أعلى للمستخدم.
• ضغط أقل على قاعدة البيانات، فتقدر تخدم زوار أكثر بقاعدة أصغر.

والقاعدة الأهم: الكاش مو مصدر الحقيقة. لو ضاع كله، يصير تطبيقك أبطأ شوي، بس ما تضيع أي بيانات مهمة.

ElastiCache خدمة كاش مُدارة: AWS تتكفل بالسيرفرات والتحديثات والتحويل عند الأعطال. بس بخلاف RDS، لازم تعدّل كود تطبيقك، لأن التطبيق هو اللي يقرر وش يحفظ ومتى يقرأ.

اختيار المحرك #

وعندك طريقتين للتشغيل:

كيف يستخدمه تطبيقك؟ #

القراءة عند الطلب (Lazy Loading) #

هذي أشهر طريقة، وتسمى كمان Cache-Aside: تطبيقك يسأل الكاش أول، ولو ما لقى الجواب يروح لقاعدة البيانات، ثم يحفظ الجواب للمرة الجاية.

وبالكود تقريباً كذا:

def get_product(product_id):
    key = f"product:{product_id}"

    cached = cache.get(key)
    if cached:
        return json.loads(cached)

    product = db.fetch_product(product_id)
    cache.set(key, json.dumps(product), ex=300)  # صالح 5 دقايق
    return product

• المزايا: ما يخزّن إلا اللي ينطلب فعلاً، ولو تعطّل الكاش يكمل التطبيق من قاعدة البيانات.
• العيوب: أول طلب بطيء، والبيانات ممكن تكون قديمة لين تنتهي صلاحيتها.

الكتابة المباشرة (Write-Through) #

كل ما كتبت في قاعدة البيانات، تكتب في الكاش معها.

• المزايا: الكاش محدّث دايماً.
• العيوب: كتابة زيادة في كل مرة، وممكن يمتلي الكاش ببيانات ما أحد يقرأها.

وكثير يجمعون الطريقتين: قراءة عند الطلب مع تحديث الكاش عند الكتابة في البيانات المهمة.

مدة الصلاحية والإخراج #

لكل مفتاح مدة صلاحية (TTL)، وبعدها يختفي، فما تبقى البيانات القديمة للأبد. واختيارها يعتمد على البيانات:

ولما تمتلي الذاكرة، يخرج الكاش بعض المفاتيح (Eviction)، عادةً الأقل استخداماً. ولو هذا يتكرر كثير، فالكاش صغير عليك.

أكثر من مجرد كاش #

الجلسات: تذكر جدول الجزء السابع؟ لما تحفظ الجلسة في ElastiCache، أي سيرفر يقدر يقراها، فالمستخدم ما يخرج لو اختفى سيرفره.

لوحات الصدارة: المجموعة المرتبة (Sorted Set) تبقي العناصر مرتبة حسب النقاط، وتعطيك الأوائل فوراً، بدل ما ترتب ملايين الصفوف في قاعدة البيانات.

تحديد المعدل: عدّاد INCR مع مدة صلاحية يحسب طلبات كل مستخدم في الدقيقة، ويوقف اللي يتجاوز الحد.

الأمان والمراقبة #

• الشبكة: الكاش افتراضياً ما يتوصل له إلا من داخل شبكتك، فخل مجموعة الأمان تقبل من مجموعة أمان السيرفرات فقط.
• التشفير: فعّله أثناء النقل وفي التخزين، وهو مفعّل دايماً في Serverless.
• الدخول: في Valkey وRedis استخدم مستخدمين وصلاحيات أو مصادقة IAM، وفي Memcached استخدم SASL.

ومن CloudWatch راقب هذي المقاييس:

عملي: كاش ولوحة صدارة #

بنستخدم سيرفرك من الجزء الثالث. من CloudShell، سوّ مجموعة أمان تقبل من مجموعة أمان السيرفر. وخدمة Serverless تستخدم المنفذين 6379 و6380:

aws ec2 create-security-group --group-name cache-sg \
  --description "Cache access" --query GroupId --output text

aws ec2 authorize-security-group-ingress --group-id sg-CACHE-GROUP \
  --protocol tcp --port 6379-6380 --source-group sg-SERVER-GROUP

ثم أنشئ الكاش بالمعرّف اللي طلع لك:

aws elasticache create-serverless-cache \
  --serverless-cache-name series-cache \
  --engine valkey \
  --security-group-ids sg-CACHE-GROUP

aws elasticache describe-serverless-caches \
  --serverless-cache-name series-cache \
  --query "ServerlessCaches[0].[Status,Endpoint.Address]" --output table

لما تصير الحالة available، ادخل على السيرفر من EC2 Instance Connect واتصل:

sudo dnf install -y valkey
valkey-cli -h YOUR-CACHE-ENDPOINT --tls -c -p 6379

جرّب مدة الصلاحية:

SET product:1 "Keyboard"
GET product:1

SET offer:today "20% off" EX 30
TTL offer:today

أعد TTL كم مرة وشوف العد التنازلي. وبعد 30 ثانية، GET offer:today يرجع (nil).

الحين لوحة صدارة:

ZADD leaderboard 120 sara 300 omar 90 lina
ZINCRBY leaderboard 250 lina
ZREVRANGE leaderboard 0 2 WITHSCORES

بتشوف lina صارت الأولى بـ 340 نقطة، بدون أي ترتيب من جهتك. اخرج بـ exit.

aws elasticache delete-serverless-cache --serverless-cache-name series-cache

aws ec2 delete-security-group --group-id sg-CACHE-GROUP

الخلاصة #

• الكاش نسخة مؤقتة وسريعة، ومو مصدر الحقيقة.
• ابدأ بـ Valkey، وبـ Serverless لو ضغطك متقلب أو تبي بداية سهلة.
• القراءة عند الطلب أشهر طريقة، والكتابة المباشرة تبقيه محدّث.
• مدة الصلاحية تحدد كم تتحمل بيانات قديمة، وبعض البيانات ما ينفع تخزنها.
• ينفع كمان للجلسات ولوحات الصدارة وتحديد المعدل.

اختبر نفسك #

قبل ما تكمل، جرّب هذي الأسئلة عشان تتأكد إنك فهمت الجزء. كل سؤال موقف عملي، وبعد ما تجاوب يطلع لك الشرح.

عرفت الحين RDS وAurora وElastiCache، وAWS عندها خدمات أكثر بكثير. في الجزء العاشر نجاوب على السؤال اللي يحيّر الكل: أي قاعدة بيانات تختار؟