CDN, статика и алгоритмы вытеснения

Доставить байты быстрее можно двумя путями: приблизить их географически (CDN) и грамотно решать, что хранить (вытеснение).

CDN (Content Delivery Network) — сеть серверов по всему миру, кэширующих статику ближе к пользователю, чтобы сократить задержку и разгрузить основной сервер.

Зачем нужен CDN

Если ваш сервер в Москве, а пользователь в Бразилии, каждый запрос летит через океан — это сотни миллисекунд только на дорогу. CDN держит копии файлов на edge-серверах рядом с пользователями. Бразилец получает картинку с ближайшего узла, а не из Москвы.

Что даёт CDN	Как именно
Меньше задержка	контент рядом с пользователем географически
Разгрузка сервера	статику отдаёт CDN, а не ваши серверы
Защита от пиков	edge поглощает всплески и часть DDoS
Экономия полосы	тяжёлые файлы не гоняются через ядро

Что отдавать через CDN

Идеальные кандидаты — статика, одинаковая для всех: картинки, видео, JS, CSS, шрифты. Динамический персональный контент (личная лента) кэшировать на CDN сложнее, хотя современные CDN умеют и это. Чтобы обновить файл, меняют его имя (версионируют: app.4f2a.js) — старое имя остаётся в кэшах, новое скачивается свежим. Это обходит проблему инвалидации у миллионов клиентов.

Почему нужна политика вытеснения

Память кэша конечна. Когда она заполнена, а пришёл новый элемент, что-то надо выкинуть. От выбора «жертвы» напрямую зависит hit rate. Хорошая политика выкидывает то, что вряд ли скоро понадобится.

Алгоритмы вытеснения

Политика	Кого выкидывает	Идея / когда хороша
LRU (Least Recently Used)	давно не используемый	ставка на локальность во времени; самый ходовой выбор
LFU (Least Frequently Used)	реже всего используемый	хорош, когда популярность стабильна
FIFO	самый старый по добавлению	прост, но игнорирует частоту использования
Random	случайный	дёшево, без структур учёта
TTL-based	истёкший по сроку	когда у данных естественный срок свежести

LRU — почему он по умолчанию

LRU выкидывает элемент, к которому дольше всего не обращались. Логика проста: если данные давно не нужны, скорее всего, не понадобятся и дальше. LRU отлично ловит временну́ю локальность (только что использованное вероятно используется снова) и реализуется за O(1) на хеш-таблице плюс двусвязном списке. Поэтому Redis и большинство кэшей берут его по умолчанию.

Кэш на 3 элемента, политика LRU:
доступ A, B, C        → [A B C]
доступ A (освежили)   → [B C A]
новый  D (нет места)  → выкидываем B (давний) → [C A D]

Итог

CDN приближает статику к пользователю, режет задержку и разгружает сервер; обновляют через версионирование имён.
Память кэша конечна — нужна политика вытеснения, она определяет hit rate.
LRU выкидывает давно не используемое, ловит временну́ю локальность и работает за O(1) — потому он по умолчанию.