Cache

Ein Cache ist ein Zwischenspeicher, der das schnellere Zugreifen auf Daten ermöglicht, die häufig oder kurzfristig abgerufen werden.

Definition

Der "Cache-Speicher" ist ein Zwischenspeicher, der schnellere Zugriffszeiten auf Informationen ermöglicht. Er verringert die Anzahl notwendiger Zugriffe auf ein langsameres Speichermedium. Dieser Prozess des Speicherns läuft in den meisten Fällen im Hintergrund ab und User nehmen ihn nicht wahr. Der Cache kann als Hardware oder als Software-Funktion realisiert sein.

Ein Hardware-Cache greift zügiger auf Daten zu als Speicher, auf denen die Daten langfristig gespeichert sind. Software-Caches verfügen nicht über eigene Hardware-Speicherbausteine, sondern nutzen Möglichkeiten zur Speicherung, die sich bereits auf dem System befinden.

Ein Beispiel: ist der Cache des Webbrowsers, in dem zum Beispiel schon von einem Server abgerufene Daten wie Bilder zwischengespeichert werden.

Zu den typischen Anwendungen eines Cache-Speichers zählen Prozessoren, Festplattenspeicher oder Webbrowser. Wie effizient ein Cache arbeitet hängt davon ab, wie gut er es schafft, die benötigten Daten wirklich vorzuhalten. Weil die Größe limitiert ausfällt, bedarf es intelligenter Speicherverwaltungs- sowie Speicherverdrängungsmethoden - zum Beispiel Most Recently Used (MRU), Least Frequently Used (LFU) oder Least Recently Used (LRU).

Was ist das Ziel eines Cache Speichers?

Die Ziele eines Cache-Speichers sind:

• Reduzierung der Zugriffszeiten auf oft benötigte Daten

• Verringerung der Anzahl von Zugriffen auf das Primärmedium

• Entlastung von Schnittstellen und Bussystemen

• Reduzierung der Netzwerklast

• Minimierung von Übertragungsfehlern

• Steigerung der Ausführungszeit von Anwendungen

Was sind die Vor- und Nachteile des Cache Speichers?

Vorteile

• Geschwindigkeit: Caches ermöglichen extrem schnelle Zugriffe auf häufig genutzte Daten und verkürzen so die Ladezeiten spürbar.
• Serverentlastung: Durch das Zwischenspeichern reduziert sich die Anzahl der Datenbank- und Serveranfragen erheblich.
• Effizienz: Wiederverwendete Daten werden direkt aus dem Cache geladen, was Ressourcen spart und die Systemleistung verbessert.
• Kosteneinsparung: Weniger Datenübertragungen und geringere Serverlast senken die Infrastruktur- und Betriebskosten deutlich.
• Bessere Nutzererfahrung: Kürzere Ladezeiten führen zu zufriedeneren Nutzern und geringeren Absprungraten bei Webseiten und Anwendungen.
• SEO-Vorteile: Schnellere Websites werden von Suchmaschinen bevorzugt und können bessere Rankings erzielen.
• Verfügbarkeit: Caches stellen Inhalte bereit, auch wenn die Originalquelle vorübergehend nicht erreichbar ist, und erhöhen so die Ausfallsicherheit.
• Skalierbarkeit: Caches helfen, Lastspitzen abzufangen und ermöglichen den stabilen Betrieb auch bei starkem Nutzerandrang.
• Energieeffizienz: Weniger Zugriffe auf Hauptspeicher oder entfernte Server sparen Energie und schonen die Hardware.
• Konsistenzmanagement: Mit geeigneten Strategien lassen sich Konsistenzprobleme kontrollieren und aktuelle Daten gezielt bereitstellen.

Nachteile

• Konsistenzprobleme: Caches können veraltete Daten liefern, wenn Änderungen in der Datenquelle nicht sofort übernommen werden.
  Bei verteilten Systemen entstehen Inkonsistenzen, wenn mehrere Caches unterschiedliche Datenstände speichern.
  Synchronisationsmechanismen verursachen zusätzlichen Aufwand und erhöhen die Komplexität der Systemarchitektur.
• Speicher- und Ressourcenverbrauch: Ein großer Cache benötigt viel Speicherplatz und kann die Systemressourcen stark belasten.
  Fehlkonfigurationen führen dazu, dass wichtige Daten aus dem Cache verdrängt werden und häufiger neu geladen werden müssen.
• Erhöhte Fehleranfälligkeit: Bei Ausfällen oder Fehlern im Cache drohen unerwartete Performanceeinbrüche oder Datenverluste.
  Komplexe Cache-Strategien erschweren die Fehlersuche und verlängern die Wiederherstellungszeiten.
• Verzögerte Datenaktualisierung: Zeitbasierte Cache-Invalidierung sorgt dafür, dass neue Daten erst nach Ablauf eines Intervalls sichtbar werden.
  Schnell wechselnde Informationen können dadurch für Nutzer nicht immer aktuell angezeigt werden.
• Wartungs- und Implementierungsaufwand: Die Pflege von Cache-Strategien verlangt kontinuierliche Anpassung an sich ändernde Anforderungen und Nutzungsprofile.
  Entwickler müssen bei jeder Änderung sicherstellen, dass der Cache korrekt arbeitet und keine Seiteneffekte auftreten.

Arten von Cache Memory

Cache-Speicher wird in sogenannten Ebenen - oder auch Levels - kategorisiert. Diese beschreiben, wie nah und zugänglich er zum Mikroprozessor ist. Man unterscheidet unter drei allgemeinen Cache-Ebenen:

Der L1-Cache (auch primäre Cache genannt) agiert sehr schnell, ist jedoch relativ klein und wird normalerweise als CPU-Cache in den Prozessor-Chip eingebettet.

Der L2-Cache (sekundäre Cache) ist häufig umfangreicher als der L1-Cache. Der L2-Cache kann in die CPU eingebettet sein, oder sich auf einem separaten Chip oder Ko-Prozessor befinden und über einen alternativen Hochgeschwindigkeits-Systembus verfügen, der den Cache und die CPU verbindet. dadurch bremst ihn der Verkehr auf dem Hauptsystembus nicht.

Der L3-Cache ist ein spezialisierter Arbeitsspeicher, der die Leistung von L1 und L2 verbessern soll. L1 oder L2 können erheblich schneller sein als L3, auch wenn L3 im Normalfall doppelt so schnell wie DRAM ist. Bei Mehrkernprozessoren kann jeder Kern (Core) über einen dedizierten L1- und L2-Cache verfügen, allerdings können sie sich einen L3-Cache teilen. Verweist ein L3-Cache auf eine Anweisung, wird er im Regelfall auf eine höhere Cache-Ebene angehoben.

Während in der Vergangenheit L1-, L2- und L3-Caches mit kombinierten Prozessor- und Mainboard-Komponenten erstellt wurden, geht der Trend mittlerweile dahin, alle drei Ebenen des Memory-Cachings auf der CPU selbst zu konsolidieren. Deshalb hat sich die Hauptmethode zur Erhöhung der Cache-Größe von der Anschaffung einer bestimmten Hauptplatine mit verschiedenen Chipsätzen und Busarchitekturen auf die Anschaffung einer CPU mit der richtigen Menge an integriertem L1-, L2- und L3-Cache verlagert.

Entgegen der gängigen Meinung wird die Implementierung von Flash oder mehr dynamischem RAM (DRAM) in einem System den Cache-Speicher nicht erhöhen. Das kann zu Verwirrung führen, weil die Begriffe Memory Caching (Festplattenpufferung) und Cache Memory häufig synonym genannt werden.

Warum sollte man den Cache regelmäßig leeren?

Ein überfüllter Cache kann wertvollen Speicherplatz auf deinem Endgerät beanspruchen. Besonders auf Smartphones oder Computern mit begrenztem Speicher kann dies zu Problemen führen. Mit einem leeren Cache schaffst du Platz für andere wichtige Daten und verbesserst die Gesamtleistung deines Geräts.

Veraltete Inhalte aktualisieren

Manchmal zeigt eine Webseite veraltete Informationen an, obwohl sie bereits aktualisiert wurde. Das liegt daran, dass der Browser weiterhin auf zwischengespeicherte Daten zugreift, anstatt die neuesten Inhalte vom Server abzurufen. Durch das Leeren des Caches zwingst du den Browser, die aktuelle Version der Webseite zu laden.

Probleme mit Webseiten beheben

Ein voller oder beschädigter Cache kann dazu führen, dass Webseiten nicht korrekt geladen oder fehlerhaft angezeigt werden. Elemente wie Bilder oder Buttons könnten fehlen, oder die Seite könnte unvollständig erscheinen. Das Leeren des Caches löst solche Probleme oft schnell und unkompliziert.

Verbesserung der Geschwindigkeit

Obwohl der Cache ursprünglich dazu dient, Prozesse zu beschleunigen, kann ein überfüllter Cache das Gegenteil bewirken. Wenn zu viele Daten gespeichert sind, benötigt dein Browser mehr Zeit, um diese zu durchsuchen und abzurufen. Ein leerer Cache sorgt dafür, dass dein System wieder effizienter arbeitet.

Datenschutz erhöhen

Im Cache werden auch Informationen über besuchte Webseiten gespeichert. Dies kann ein potenzielles Risiko für deine Privatsphäre darstellen, insbesondere wenn mehrere Personen dasselbe Gerät nutzen. Durch das regelmäßige Löschen des Caches entfernst du solch sensible Daten und schützt deine Privatsphäre.

Welche Methoden gibt es zum Leeren des Caches?

Manuelles Leeren über Browsereinstellungen

• Öffne die Einstellungen deines Browsers und suche den Bereich „Datenschutz“ oder „Verlauf“.
• Wähle „Browserdaten löschen“ oder „Cache leeren“ aus und setze das Häkchen bei „Zwischengespeicherte Daten“.
• Bestätige die Auswahl, um den Cache gezielt oder komplett zu entfernen.
• Viele Browser bieten die Möglichkeit, nur den Cache für einen bestimmten Zeitraum zu löschen.
• Tastenkombinationen wie „Strg+Shift+Entf“ öffnen in den meisten Browsern direkt das Löschmenü.

Automatisiertes Leeren mit Programmen und Tools

• Spezielle Reinigungsprogramme wie CCleaner oder BleachBit löschen den Cache verschiedener Browser und Anwendungen automatisch.
• Diese Tools bieten Zeitpläne, um den Cache regelmäßig und ohne manuelles Eingreifen zu leeren.
• Viele Programme ermöglichen das gleichzeitige Entfernen von temporären Dateien, Cookies und anderen Überresten.
• Browser-Erweiterungen wie „Click&Clean“ oder „Cache Cleaner“ bieten einen Schnellzugriff zum Leeren des Caches per Mausklick.
• Betriebssystemeigene Wartungsfunktionen, etwa die Datenträgerbereinigung unter Windows, löschen ebenfalls Browser- und Systemcaches.

Cache-Leerung auf mobilen Geräten

• In den Einstellungen von Android- oder iOS-Geräten findest du Optionen, um App-Caches einzeln zu löschen.
• Viele Apps bieten im eigenen Menü eine Funktion zum Zurücksetzen oder Leeren des App-Caches.
• Automatisierungs-Apps ermöglichen es, den Cache regelmäßig ohne manuelles Zutun zu entfernen.
• Ein Neustart des Geräts kann temporäre Caches ebenfalls teilweise löschen und die Leistung verbessern.

Tipps zur Cache-Verwaltung

• Leere den Cache regelmäßig, um Speicherplatz freizugeben und aktuelle Daten zu laden.
• Wähle die Methode passend zu deinem Gerät, Browser oder individuellen Anforderungen.
• Bei Problemen mit Webseiten hilft das Leeren des Caches oft, Darstellungsfehler oder Ladeprobleme zu beheben.

Was ist ein Force Refresh?

Ein Force Refresh ist eine spezielle Funktion im Browser, die gezielt die aktuellste Version einer Webseite lädt. Dabei werden zwischengespeicherte Inhalte wie Bilder oder Skripte für diese Seite ignoriert und neu vom Server abgerufen. Im Gegensatz zum normalen Neuladen bleibt der übrige Browser-Cache erhalten und wird nicht vollständig gelöscht.

Wie funktioniert ein Force Refresh?

Einen Force Refresh kannst du mit einer einfachen Tastenkombination ausführen:

• Windows: Drücke „Strg“ und halte „F5“ gleichzeitig gedrückt.
• Mac: Nutze „Cmd“ und „Shift“ zusammen mit „R“.
• Bei manchen Browsern funktioniert auch „Strg“ + „Shift“ + „R“.

Der Browser fordert alle Seitenelemente neu vom Server an und zeigt sofort die aktuellste Version der Webseite an. Diese Methode eignet sich, wenn Webseiten nach Änderungen nicht richtig angezeigt werden oder veraltete Inhalte erscheinen.

Vorteile des Force Refresh

• Du lädst nur die gewünschte Seite neu und sparst Zeit gegenüber dem kompletten Cache-Löschen.
• Persönliche Einstellungen, gespeicherte Logins und andere Webseiten bleiben unverändert im Cache.
• Entwickler und Nutzer sehen sofort, ob neue Inhalte oder Fehlerbehebungen korrekt übernommen wurden.

Ein Force Refresh ist ein praktisches Werkzeug, um Webseitenprobleme schnell zu beheben und immer die neueste Version zu sehen.

Fazit

Der Cache ermöglicht schnelleren Zugriff auf Daten, die du regelmäßig abrufst.

Demnach lohnt sich der Einsatz von Caches vor allem da, wo sich die Zugriffszeit auch erheblich auf die Gesamtleistung auswirkt. Das ist etwa beim Prozessorcache der meisten (skalaren) Mikroprozessoren der Fall, während es auf Vektorrechner nicht zutrifft, bei denen die Zugriffszeit eine untergeordnete Rolle spielt. Daher verzichtet man dort in der Regel auf Caches, da sie nicht oder nur wenig nützlich sind.

Manu Magno

Manu Magno

Manu ist seit Oktober 2020 Teil des Backlinked-Teams und leitet seit Oktober 2022 die Redaktion. Der gelernte Technik-Journalist hat in den vergangenen Jahren vor allem Erfahrung in den Bereichen (Automobil)Versicherung, Buchhaltung/Inkasso und Jobvermittlung gesammelt. Er schreibt für User, nicht für Suchmaschinen: Seine SEO-Texte haben immer den Mehrwert der Nutzer im Fokus.