Caching

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import redis

cache = redis.Redis(host='localhost', port=6379)

def get_article(article_id):
    # 캐시 우선 조회
    cached = cache.get(f"article:{article_id}")
    if cached:
        return cached.decode('utf-8')
    # 캐시 미스시 DB에서 가져와 캐시에 저장
    article = query_article_from_db(article_id)
    cache.setex(f"article:{article_id}", 3600, article)  # 1시간 만료
    return article

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import redis
import json
from typing import Optional, Dict, Any

class ProductCacheManager:
    def __init__(self, redis_host: str = 'localhost', redis_port: int = 6379):
        """Redis 기반 상품 캐시 매니저 초기화"""
        self.redis_client = redis.Redis(
            host=redis_host, 
            port=redis_port, 
            decode_responses=True
        )
        self.default_ttl = 3600  # 1시간 TTL
    
    def get_product(self, product_id: str) -> Optional[Dict[str, Any]]:
        """상품 정보 조회 (캐시 우선)"""
        cache_key = f"product:{product_id}"
        
        # 1. 캐시에서 조회 시도
        cached_data = self.redis_client.get(cache_key)
        if cached_data:
            return json.loads(cached_data)
        
        # 2. 캐시 미스 시 데이터베이스에서 조회
        product_data = self._fetch_from_database(product_id)
        if product_data:
            # 3. 조회된 데이터를 캐시에 저장
            self.redis_client.setex(
                cache_key, 
                self.default_ttl, 
                json.dumps(product_data)
            )
        
        return product_data
    
    def update_product(self, product_id: str, data: Dict[str, Any]) -> bool:
        """상품 정보 업데이트 (Write-through 패턴)"""
        try:
            # 1. 데이터베이스 업데이트
            success = self._update_database(product_id, data)
            if not success:
                return False
            
            # 2. 캐시 업데이트
            cache_key = f"product:{product_id}"
            self.redis_client.setex(
                cache_key, 
                self.default_ttl, 
                json.dumps(data)
            )
            
            # 3. 관련 캐시 무효화
            self._invalidate_related_cache(product_id)
            return True
            
        except Exception as e:
            print(f"Product update failed: {e}")
            return False
    
    def invalidate_product_cache(self, product_id: str) -> None:
        """특정 상품 캐시 무효화"""
        cache_key = f"product:{product_id}"
        self.redis_client.delete(cache_key)
        
        # 카테고리별 캐시도 무효화
        self._invalidate_related_cache(product_id)
    
    def get_cache_stats(self) -> Dict[str, Any]:
        """캐시 성능 통계 조회"""
        info = self.redis_client.info()
        return {
            'hit_rate': info.get('keyspace_hits', 0) / 
                       (info.get('keyspace_hits', 0) + info.get('keyspace_misses', 1)),
            'memory_usage': info.get('used_memory_human'),
            'total_keys': info.get('db0', {}).get('keys', 0)
        }
    
    def _fetch_from_database(self, product_id: str) -> Optional[Dict[str, Any]]:
        """데이터베이스에서 상품 정보 조회"""
        # 실제 구현에서는 ORM이나 데이터베이스 클라이언트 사용
        pass
    
    def _update_database(self, product_id: str, data: Dict[str, Any]) -> bool:
        """데이터베이스 상품 정보 업데이트"""
        # 실제 구현에서는 ORM이나 데이터베이스 클라이언트 사용
        pass
    
    def _invalidate_related_cache(self, product_id: str) -> None:
        """관련된 캐시 항목들 무효화"""
        # 카테고리 캐시, 검색 결과 캐시 등 무효화
        pattern = f"category:*:{product_id}"
        for key in self.redis_client.scan_iter(match=pattern):
            self.redis_client.delete(key)

# 사용 예시
cache_manager = ProductCacheManager()

# 상품 조회
product = cache_manager.get_product("12345")

# 상품 업데이트
cache_manager.update_product("12345", {
    "name": "새로운 상품명",
    "price": 29900,
    "stock": 100
})

# 캐시 성능 확인
stats = cache_manager.get_cache_stats()
print(f"캐시 히트율: {stats['hit_rate']:%}")

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import redis
import json
from db import get_product_by_id  # 가상의 DB 조회 함수

# Redis 클라이언트 설정
cache = redis.StrictRedis(host='localhost', port=6379, db=0)

def get_product(product_id):
    key = f"product:{product_id}"
    data = cache.get(key)
    
    if data:
        return json.loads(data)  # 캐시 Hit

    # 캐시 Miss → DB 조회
    product = get_product_by_id(product_id)
    
    if product:
        cache.setex(key, 3600, json.dumps(product))  # 1시간 TTL 설정
    return product

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# 주요 역할: 캐시 조회 후 반환, 없으면 원본 조회 및 캐시에 저장
import redis

cache = redis.Redis(host='localhost', port=6379, db=0)

def get_data(key):
    value = cache.get(key)
    if value:
        return value # 캐시 적중 (Hit)
    # DB 쿼리(가정)
    value = query_database(key)
    cache.setex(key, 300, value)  # 5분 TTL로 저장
    return value

def query_database(key):
    # 실제 DB 접근 시나리오 대체
    return f"DB result for {key}"

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const Redis = require('redis');
const mysql = require('mysql2/promise');

/**
 * 전자상거래 상품 캐싱 시스템
 * Cache-Aside 패턴과 Write-Through 패턴을 결합한 구현
 */
class ProductCacheService {
    constructor() {
        // Redis 클라이언트 초기화
        this.redisClient = Redis.createClient({
            host: 'localhost',
            port: 6379,
            retryDelayOnFailover: 100,
            maxRetriesPerRequest: 3
        });

        // MySQL 연결 풀 초기화
        this.dbPool = mysql.createPool({
            host: 'localhost',
            user: 'ecommerce_user',
            password: 'password',
            database: 'ecommerce',
            waitForConnections: true,
            connectionLimit: 10,
            queueLimit: 0
        });

        // 캐시 설정
        this.CACHE_TTL = 3600; // 1시간
        this.CACHE_PREFIX = 'product:';
        
        this.redisClient.connect();
    }

    /**
     * 상품 정보 조회 (Cache-Aside 패턴)
     * @param {number} productId - 상품 ID
     * @returns {Object} 상품 정보
     */
    async getProduct(productId) {
        const cacheKey = `${this.CACHE_PREFIX}${productId}`;
        
        try {
            // 1. 캐시에서 먼저 조회
            const cachedProduct = await this.redisClient.get(cacheKey);
            
            if (cachedProduct) {
                console.log(`Cache HIT for product ${productId}`);
                // 캐시 히트 통계 업데이트
                await this.updateCacheStats('hit');
                return JSON.parse(cachedProduct);
            }

            console.log(`Cache MISS for product ${productId}`);
            
            // 2. 캐시 미스 시 데이터베이스에서 조회
            const product = await this.getProductFromDB(productId);
            
            if (product) {
                // 3. 조회된 데이터를 캐시에 저장 (비동기)
                this.cacheProduct(productId, product).catch(err => {
                    console.error('Cache storage failed:', err);
                });
                
                // 캐시 미스 통계 업데이트
                await this.updateCacheStats('miss');
                
                return product;
            }
            
            return null;
            
        } catch (error) {
            console.error('Error getting product:', error);
            // 캐시 오류 시 데이터베이스 직접 조회
            return await this.getProductFromDB(productId);
        }
    }

    /**
     * 상품 정보 업데이트 (Write-Through 패턴)
     * @param {number} productId - 상품 ID
     * @param {Object} productData - 업데이트할 상품 데이터
     */
    async updateProduct(productId, productData) {
        const cacheKey = `${this.CACHE_PREFIX}${productId}`;
        
        try {
            // 1. 데이터베이스 업데이트
            await this.updateProductInDB(productId, productData);
            
            // 2. 캐시 업데이트 (Write-Through)
            await this.redisClient.setEx(
                cacheKey, 
                this.CACHE_TTL, 
                JSON.stringify(productData)
            );
            
            console.log(`Product ${productId} updated in both DB and cache`);
            
        } catch (error) {
            console.error('Error updating product:', error);
            // 업데이트 실패 시 캐시 무효화
            await this.invalidateCache(productId);
            throw error;
        }
    }

    /**
     * 데이터베이스에서 상품 조회
     * @param {number} productId - 상품 ID
     * @returns {Object} 상품 정보
     */
    async getProductFromDB(productId) {
        const [rows] = await this.dbPool.execute(
            'SELECT * FROM products WHERE id = ? AND status = "active"',
            [productId]
        );
        
        return rows.length > 0 ? rows[0] : null;
    }

    /**
     * 데이터베이스에서 상품 업데이트
     * @param {number} productId - 상품 ID
     * @param {Object} productData - 상품 데이터
     */
    async updateProductInDB(productId, productData) {
        const { name, description, price, inventory } = productData;
        
        await this.dbPool.execute(
            'UPDATE products SET name = ?, description = ?, price = ?, inventory = ?, updated_at = NOW() WHERE id = ?',
            [name, description, price, inventory, productId]
        );
    }

    /**
     * 상품을 캐시에 저장
     * @param {number} productId - 상품 ID
     * @param {Object} product - 상품 데이터
     */
    async cacheProduct(productId, product) {
        const cacheKey = `${this.CACHE_PREFIX}${productId}`;
        
        // TTL과 함께 저장
        await this.redisClient.setEx(
            cacheKey, 
            this.CACHE_TTL, 
            JSON.stringify(product)
        );
    }

    /**
     * 특정 상품 캐시 무효화
     * @param {number} productId - 상품 ID
     */
    async invalidateCache(productId) {
        const cacheKey = `${this.CACHE_PREFIX}${productId}`;
        await this.redisClient.del(cacheKey);
        console.log(`Cache invalidated for product ${productId}`);
    }

    /**
     * 카테고리별 상품 목록 조회 (캐시 적용)
     * @param {number} categoryId - 카테고리 ID
     * @param {number} page - 페이지 번호
     * @param {number} limit - 페이지당 항목 수
     */
    async getProductsByCategory(categoryId, page = 1, limit = 20) {
        const cacheKey = `category:${categoryId}:page:${page}:limit:${limit}`;
        
        try {
            // 캐시에서 목록 조회
            const cachedList = await this.redisClient.get(cacheKey);
            
            if (cachedList) {
                console.log(`Cache HIT for category ${categoryId}, page ${page}`);
                return JSON.parse(cachedList);
            }

            // 데이터베이스에서 조회
            const offset = (page - 1) * limit;
            const [rows] = await this.dbPool.execute(
                'SELECT id, name, price, image_url FROM products WHERE category_id = ? AND status = "active" ORDER BY created_at DESC LIMIT ? OFFSET ?',
                [categoryId, limit, offset]
            );

            const result = {
                products: rows,
                page,
                limit,
                total: rows.length
            };

            // 목록을 캐시에 저장 (짧은 TTL 적용)
            await this.redisClient.setEx(cacheKey, 300, JSON.stringify(result)); // 5분

            return result;
            
        } catch (error) {
            console.error('Error getting products by category:', error);
            throw error;
        }
    }

    /**
     * 캐시 통계 업데이트
     * @param {string} type - 'hit' 또는 'miss'
     */
    async updateCacheStats(type) {
        const today = new Date().toISOString().split('T')[0];
        const statsKey = `cache:stats:${today}`;
        
        await this.redisClient.hIncrBy(statsKey, type, 1);
        await this.redisClient.expire(statsKey, 86400 * 7); // 7일 보관
    }

    /**
     * 캐시 성능 지표 조회
     * @returns {Object} 캐시 히트율 및 통계
     */
    async getCacheStats() {
        const today = new Date().toISOString().split('T')[0];
        const statsKey = `cache:stats:${today}`;
        
        const stats = await this.redisClient.hGetAll(statsKey);
        const hits = parseInt(stats.hit || 0);
        const misses = parseInt(stats.miss || 0);
        const total = hits + misses;
        
        return {
            hits,
            misses,
            total,
            hitRate: total > 0 ? (hits / total * 100).toFixed(2) : 0
        };
    }

    /**
     * 인기 상품 캐시 워밍업
     * 시스템 시작 시 또는 주기적으로 실행하여 자주 조회되는 상품들을 미리 캐시에 로드
     */
    async warmupPopularProducts() {
        try {
            console.log('Starting cache warmup for popular products…');
            
            // 인기 상품 ID 목록 조회 (조회수 기준 상위 100개)
            const [popularProducts] = await this.dbPool.execute(
                'SELECT id FROM products WHERE status = "active" ORDER BY view_count DESC LIMIT 100'
            );

            // 배치 처리로 캐시 로드 (동시 처리 제한)
            const batchSize = 10;
            for (let i = 0; i < popularProducts.length; i += batchSize) {
                const batch = popularProducts.slice(i, i + batchSize);
                
                await Promise.all(
                    batch.map(async (product) => {
                        const productData = await this.getProductFromDB(product.id);
                        if (productData) {
                            await this.cacheProduct(product.id, productData);
                        }
                    })
                );
                
                // 과부하 방지를 위한 지연
                await new Promise(resolve => setTimeout(resolve, 100));
            }
            
            console.log(`Cache warmup completed for ${popularProducts.length} products`);
            
        } catch (error) {
            console.error('Cache warmup failed:', error);
        }
    }

    /**
     * 분산 락을 이용한 캐시 스탬피드 방지
     * @param {string} key - 락 키
     * @param {number} ttl - 락 유효 시간 (초)
     * @param {Function} callback - 락 획득 시 실행할 함수
     */
    async withDistributedLock(key, ttl, callback) {
        const lockKey = `lock:${key}`;
        const lockValue = `${Date.now()}-${Math.random()}`;
        
        try {
            // 락 획득 시도
            const acquired = await this.redisClient.set(lockKey, lockValue, {
                EX: ttl,
                NX: true
            });
            
            if (acquired === 'OK') {
                console.log(`Lock acquired for ${key}`);
                
                try {
                    return await callback();
                } finally {
                    // 락 해제 (Lua 스크립트로 원자적 실행)
                    await this.redisClient.eval(`
                        if redis.call("get", KEYS[1]) == ARGV[1] then
                            return redis.call("del", KEYS[1])
                        else
                            return 0
                        end
                    `, 1, lockKey, lockValue);
                    
                    console.log(`Lock released for ${key}`);
                }
            } else {
                console.log(`Lock not acquired for ${key}, waiting…`);
                // 락 획득 실패 시 잠시 대기 후 재시도
                await new Promise(resolve => setTimeout(resolve, 50));
                return null;
            }
            
        } catch (error) {
            console.error(`Lock error for ${key}:`, error);
            throw error;
        }
    }

    /**
     * 캐시 무효화 전략 - 태그 기반
     * @param {Array} tags - 무효화할 태그 목록
     */
    async invalidateByTags(tags) {
        for (const tag of tags) {
            const tagKey = `tag:${tag}`;
            
            // 태그와 연관된 캐시 키 목록 조회
            const associatedKeys = await this.redisClient.sMembers(tagKey);
            
            if (associatedKeys.length > 0) {
                // 연관된 모든 캐시 키 삭제
                await this.redisClient.del(…associatedKeys);
                
                // 태그 자체도 삭제
                await this.redisClient.del(tagKey);
                
                console.log(`Invalidated ${associatedKeys.length} cache entries for tag: ${tag}`);
            }
        }
    }

    /**
     * 메모리 사용량 모니터링 및 자동 정리
     */
    async monitorAndCleanup() {
        try {
            const info = await this.redisClient.info('memory');
            const memoryUsage = this.parseRedisInfo(info);
            
            const usedMemoryMB = memoryUsage.used_memory / (1024 * 1024);
            const maxMemoryMB = memoryUsage.maxmemory / (1024 * 1024);
            const usagePercentage = (usedMemoryMB / maxMemoryMB) * 100;
            
            console.log(`Redis memory usage: ${usedMemoryMB.toFixed(2)}MB / ${maxMemoryMB.toFixed(2)}MB (${usagePercentage.toFixed(2)}%)`);
            
            // 메모리 사용률이 85%를 초과하면 경고
            if (usagePercentage > 85) {
                console.warn('High memory usage detected, consider cache cleanup');
                
                // 오래된 캐시 항목 정리 로직 실행
                await this.cleanupExpiredEntries();
            }
            
        } catch (error) {
            console.error('Memory monitoring failed:', error);
        }
    }

    /**
     * Redis 정보 파싱
     * @param {string} info - Redis INFO 명령 결과
     */
    parseRedisInfo(info) {
        const lines = info.split('\r\n');
        const result = {};
        
        lines.forEach(line => {
            if (line.includes(':')) {
                const [key, value] = line.split(':');
                result[key] = isNaN(value) ? value : Number(value);
            }
        });
        
        return result;
    }

    /**
     * 만료된 캐시 항목 정리
     */
    async cleanupExpiredEntries() {
        // Redis의 자동 만료 기능에 의존하되, 
        // 필요 시 수동으로 오래된 데이터 패턴 정리
        console.log('Cleaning up expired cache entries…');
        
        // 예: 일주일 이상 된 통계 데이터 정리
        const oneWeekAgo = new Date();
        oneWeekAgo.setDate(oneWeekAgo.getDate() - 7);
        
        const oldStatsPattern = `cache:stats:${oneWeekAgo.toISOString().split('T')[0]}*`;
        const oldKeys = await this.redisClient.keys(oldStatsPattern);
        
        if (oldKeys.length > 0) {
            await this.redisClient.del(…oldKeys);
            console.log(`Cleaned up ${oldKeys.length} old statistics entries`);
        }
    }

    /**
     * 연결 종료
     */
    async disconnect() {
        await this.redisClient.disconnect();
        await this.dbPool.end();
        console.log('Cache service disconnected');
    }
}

// 사용 예시
async function example() {
    const cacheService = new ProductCacheService();
    
    try {
        // 캐시 워밍업 실행
        await cacheService.warmupPopularProducts();
        
        // 상품 조회
        const product = await cacheService.getProduct(12345);
        console.log('Product:', product);
        
        // 상품 업데이트
        await cacheService.updateProduct(12345, {
            name: 'Updated Product',
            description: 'New description',
            price: 99.99,
            inventory: 50
        });
        
        // 카테고리별 상품 목록 조회
        const categoryProducts = await cacheService.getProductsByCategory(1, 1, 10);
        console.log('Category products:', categoryProducts);
        
        // 캐시 성능 지표 확인
        const stats = await cacheService.getCacheStats();
        console.log('Cache stats:', stats);
        
        // 메모리 모니터링
        await cacheService.monitorAndCleanup();
        
    } catch (error) {
        console.error('Example execution failed:', error);
    } finally {
        await cacheService.disconnect();
    }
}

module.exports = ProductCacheService;

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const express = require('express');
const Redis = require('ioredis');
const LRU = require('lru-cache');

const redis = new Redis({ host: 'redis:6379' });
const app = express();

const localCache = new LRU({
  max: 500,
  maxAge: 1000 * 60 * 5, // 5분
});

// 캐싱 미들웨어
async function cacheMiddleware(req, res, next) {
  const key = `product:${req.params.id}`;
  const localVal = localCache.get(key);
  if (localVal) return res.json(JSON.parse(localVal));

  const distVal = await redis.get(key);
  if (distVal) {
    localCache.set(key, distVal);
    return res.json(JSON.parse(distVal));
  }

  res.locals.cacheKey = key;
  next();
}

app.get('/product/:id', cacheMiddleware, async (req, res) => {
  const { cacheKey } = res.locals;
  // 예시: DB 조회 모킹
  const product = await db.getProduct(req.params.id);
  await redis.set(cacheKey, JSON.stringify(product), 'EX', 300);
  localCache.set(cacheKey, JSON.stringify(product));
  res.json(product);
});

app.listen(3000);

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캐시 적중률 (%) = (캐시 히트 수 / 전체 요청 수) × 100

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캐시 적중률 = (750 / 1000) × 100 = 75%

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# Redis INFO 명령 결과 예시
redis-cli INFO stats

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keyspace_hits:950
keyspace_misses:50

1

캐시 적중률 = (950 / (950 + 50)) × 100 = 95%

1

(rate(redis_keyspace_hits[1m]) / (rate(redis_keyspace_hits[1m]) + rate(redis_keyspace_misses[1m]))) * 100

1
2

cat access.log | grep -c 'HIT'  # 캐시 적중
cat access.log | grep -c 'MISS' # 캐시 미스

1

log_format main '$remote_addr - $upstream_cache_status - $request';

1

Hit Ratio = (HIT / (HIT + MISS + BYPASS + EXPIRED)) × 100

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Cache Hit Ratio = (Edge Hits / Total Requests) × 100

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cache_hit = 0
cache_miss = 0

if redis.exists(key):
    cache_hit += 1
else:
    cache_miss += 1

hit_ratio = cache_hit / (cache_hit + cache_miss)