Cache Patterns¶

Giriş¶

Cache Patterns, önbellek sistemlerinde veri erişimini ve yönetimini optimize etmek için kullanılan yaygın tasarım kalıplarıdır. Bu kalıplar, performans, ölçeklenebilirlik ve veri tutarlılığı sağlamak için kritik öneme sahiptir.

Cache Patterns'in Önemi¶

Performans
Veri erişim hızını artırma
Sistem yükünü azaltma
Yanıt sürelerini optimize etme
Ölçeklenebilirlik
Yük dengeleme
Kaynak kullanımını optimize etme
Sistem kapasitesini artırma
Veri Tutarlılığı
Cache coherency
Veri senkronizasyonu
Stale data önleme

Yaygın Cache Patterns¶

Cache-Aside (Lazy Loading)
Veri isteğe bağlı yükleme
Basit implementasyon
Yüksek esneklik
Read-Through
Otomatik veri yükleme
Şeffaf erişim
Düşük karmaşıklık
Write-Through
Anlık veri senkronizasyonu
Yüksek tutarlılık
Düşük latency
Write-Behind (Write-Back)
Toplu yazma işlemleri
Yüksek performans
Düşük I/O yükü
Refresh-Ahead
Proaktif veri yenileme
Düşük latency
Yüksek kullanılabilirlik

Cache Patterns Kullanımı¶

Cache-Aside Pattern

public class CacheAsideService
{
    private readonly IMemoryCache _cache;
    private readonly ILogger<CacheAsideService> _logger;

    public CacheAsideService(IMemoryCache cache, ILogger<CacheAsideService> logger)
    {
        _cache = cache;
        _logger = logger;
    }

    public async Task<T> GetOrCreateAsync<T>(string key, Func<Task<T>> factory, TimeSpan? expiry = null)
    {
        if (_cache.TryGetValue(key, out T cachedValue))
        {
            return cachedValue;
        }

        var value = await factory();
        _cache.Set(key, value, expiry ?? TimeSpan.FromMinutes(30));
        return value;
    }
}

Read-Through Pattern

public class ReadThroughCache
{
    private readonly IMemoryCache _cache;
    private readonly ILogger<ReadThroughCache> _logger;

    public ReadThroughCache(IMemoryCache cache, ILogger<ReadThroughCache> logger)
    {
        _cache = cache;
        _logger = logger;
    }

    public async Task<T> GetAsync<T>(string key, Func<Task<T>> dataLoader)
    {
        return await _cache.GetOrCreateAsync(key, async entry =>
        {
            entry.SetOptions(new MemoryCacheEntryOptions()
                .SetAbsoluteExpiration(TimeSpan.FromMinutes(30)));

            return await dataLoader();
        });
    }
}

Write-Through Pattern

public class WriteThroughCache
{
    private readonly IMemoryCache _cache;
    private readonly ILogger<WriteThroughCache> _logger;

    public WriteThroughCache(IMemoryCache cache, ILogger<WriteThroughCache> logger)
    {
        _cache = cache;
        _logger = logger;
    }

    public async Task SetAsync<T>(string key, T value, Func<T, Task> dataWriter)
    {
        await dataWriter(value);
        _cache.Set(key, value, TimeSpan.FromMinutes(30));
        _logger.LogInformation("Data written through cache for key: {Key}", key);
    }
}

Write-Behind Pattern

public class WriteBehindCache
{
    private readonly IMemoryCache _cache;
    private readonly ILogger<WriteBehindCache> _logger;
    private readonly Queue<CacheWriteOperation> _writeQueue;

    public WriteBehindCache(IMemoryCache cache, ILogger<WriteBehindCache> logger)
    {
        _cache = cache;
        _logger = logger;
        _writeQueue = new Queue<CacheWriteOperation>();
    }

    public void QueueWrite<T>(string key, T value, Func<T, Task> dataWriter)
    {
        _cache.Set(key, value);
        _writeQueue.Enqueue(new CacheWriteOperation(key, value, dataWriter));
    }

    public async Task ProcessWriteQueue()
    {
        while (_writeQueue.Count > 0)
        {
            var operation = _writeQueue.Dequeue();
            try
            {
                await operation.DataWriter(operation.Value);
                _logger.LogInformation("Write-behind operation completed for key: {Key}", operation.Key);
            }
            catch (Exception ex)
            {
                _logger.LogError(ex, "Write-behind operation failed for key: {Key}", operation.Key);
            }
        }
    }
}

Refresh-Ahead Pattern

public class RefreshAheadCache
{
    private readonly IMemoryCache _cache;
    private readonly ILogger<RefreshAheadCache> _logger;
    private readonly TimeSpan _refreshThreshold;

    public RefreshAheadCache(IMemoryCache cache, ILogger<RefreshAheadCache> logger, TimeSpan refreshThreshold)
    {
        _cache = cache;
        _logger = logger;
        _refreshThreshold = refreshThreshold;
    }

    public async Task<T> GetWithRefresh<T>(string key, Func<Task<T>> dataLoader, TimeSpan expiry)
    {
        if (_cache.TryGetValue(key, out CacheEntry<T> entry))
        {
            if (entry.LastAccessed + _refreshThreshold < DateTime.UtcNow)
            {
                _ = Task.Run(async () =>
                {
                    try
                    {
                        var newValue = await dataLoader();
                        _cache.Set(key, new CacheEntry<T>(newValue), expiry);
                        _logger.LogInformation("Cache refreshed ahead for key: {Key}", key);
                    }
                    catch (Exception ex)
                    {
                        _logger.LogError(ex, "Failed to refresh cache for key: {Key}", key);
                    }
                });
            }
            return entry.Value;
        }

        var value = await dataLoader();
        _cache.Set(key, new CacheEntry<T>(value), expiry);
        return value;
    }
}

Cache Patterns Best Practices¶

Pattern Seçimi
Kullanım senaryosuna göre seçim
Performans gereksinimleri
Veri tutarlılığı ihtiyaçları
Monitoring
Pattern performansı
Cache hit/miss oranları
Sistem kaynak kullanımı
Hata oranları
Error Handling
Graceful degradation
Fallback mekanizmaları
Retry politikaları
Logging
Performance
Pattern optimizasyonu
Kaynak kullanımı
Latency yönetimi
Batch işlemler

Mülakat Soruları¶

Temel Sorular¶

Cache-Aside pattern nedir ve ne zaman kullanılır?
Cevap: Cache-Aside pattern, verilerin isteğe bağlı olarak önbelleğe yüklendiği bir desendir. Basit implementasyon ve yüksek esneklik gerektiren senaryolarda kullanılır.
Read-Through ve Write-Through pattern'ler arasındaki farklar nelerdir?
Cevap:
- Read-Through: Otomatik veri yükleme, şeffaf erişim
- Write-Through: Anlık veri senkronizasyonu, yüksek tutarlılık
Write-Behind pattern'in avantajları nelerdir?
Cevap:
- Toplu yazma işlemleri
- Yüksek performans
- Düşük I/O yükü
- Batch processing
Refresh-Ahead pattern ne zaman kullanılır?
Cevap:
- Düşük latency gerektiğinde
- Yüksek kullanılabilirlik gerektiğinde
- Proaktif veri yenileme gerektiğinde
Cache pattern seçiminde dikkat edilmesi gereken faktörler nelerdir?
Cevap:
- Kullanım senaryosu
- Performans gereksinimleri
- Veri tutarlılığı ihtiyaçları
- Sistem kaynakları

Teknik Sorular¶

Cache-Aside pattern nasıl implemente edilir?

Cevap:

public class CacheAsideImplementation
{
    private readonly IMemoryCache _cache;
    private readonly ILogger<CacheAsideImplementation> _logger;

    public CacheAsideImplementation(IMemoryCache cache, ILogger<CacheAsideImplementation> logger)
    {
        _cache = cache;
        _logger = logger;
    }

    public async Task<T> GetOrCreateAsync<T>(string key, Func<Task<T>> factory, TimeSpan? expiry = null)
    {
        if (_cache.TryGetValue(key, out T cachedValue))
        {
            return cachedValue;
        }

        var value = await factory();
        _cache.Set(key, value, expiry ?? TimeSpan.FromMinutes(30));
        return value;
    }
}

Write-Through pattern nasıl implemente edilir?

Cevap:

public class WriteThroughImplementation
{
    private readonly IMemoryCache _cache;
    private readonly ILogger<WriteThroughImplementation> _logger;

    public WriteThroughImplementation(IMemoryCache cache, ILogger<WriteThroughImplementation> logger)
    {
        _cache = cache;
        _logger = logger;
    }

    public async Task SetAsync<T>(string key, T value, Func<T, Task> dataWriter)
    {
        await dataWriter(value);
        _cache.Set(key, value, TimeSpan.FromMinutes(30));
        _logger.LogInformation("Data written through cache for key: {Key}", key);
    }
}

Write-Behind pattern nasıl implemente edilir?

Cevap:

public class WriteBehindImplementation
{
    private readonly IMemoryCache _cache;
    private readonly ILogger<WriteBehindImplementation> _logger;
    private readonly Queue<CacheWriteOperation> _writeQueue;

    public WriteBehindImplementation(IMemoryCache cache, ILogger<WriteBehindImplementation> logger)
    {
        _cache = cache;
        _logger = logger;
        _writeQueue = new Queue<CacheWriteOperation>();
    }

    public void QueueWrite<T>(string key, T value, Func<T, Task> dataWriter)
    {
        _cache.Set(key, value);
        _writeQueue.Enqueue(new CacheWriteOperation(key, value, dataWriter));
    }

    public async Task ProcessWriteQueue()
    {
        while (_writeQueue.Count > 0)
        {
            var operation = _writeQueue.Dequeue();
            try
            {
                await operation.DataWriter(operation.Value);
                _logger.LogInformation("Write-behind operation completed for key: {Key}", operation.Key);
            }
            catch (Exception ex)
            {
                _logger.LogError(ex, "Write-behind operation failed for key: {Key}", operation.Key);
            }
        }
    }
}

Refresh-Ahead pattern nasıl implemente edilir?

Cevap:

public class RefreshAheadImplementation
{
    private readonly IMemoryCache _cache;
    private readonly ILogger<RefreshAheadImplementation> _logger;
    private readonly TimeSpan _refreshThreshold;

    public RefreshAheadImplementation(IMemoryCache cache, ILogger<RefreshAheadImplementation> logger, TimeSpan refreshThreshold)
    {
        _cache = cache;
        _logger = logger;
        _refreshThreshold = refreshThreshold;
    }

    public async Task<T> GetWithRefresh<T>(string key, Func<Task<T>> dataLoader, TimeSpan expiry)
    {
        if (_cache.TryGetValue(key, out CacheEntry<T> entry))
        {
            if (entry.LastAccessed + _refreshThreshold < DateTime.UtcNow)
            {
                _ = Task.Run(async () =>
                {
                    try
                    {
                        var newValue = await dataLoader();
                        _cache.Set(key, new CacheEntry<T>(newValue), expiry);
                        _logger.LogInformation("Cache refreshed ahead for key: {Key}", key);
                    }
                    catch (Exception ex)
                    {
                        _logger.LogError(ex, "Failed to refresh cache for key: {Key}", key);
                    }
                });
            }
            return entry.Value;
        }

        var value = await dataLoader();
        _cache.Set(key, new CacheEntry<T>(value), expiry);
        return value;
    }
}

Cache pattern monitoring nasıl yapılır?

Cevap:

public class CachePatternMonitor
{
    private readonly IMemoryCache _cache;
    private readonly ILogger<CachePatternMonitor> _logger;

    public CachePatternMonitor(IMemoryCache cache, ILogger<CachePatternMonitor> logger)
    {
        _cache = cache;
        _logger = logger;
    }

    public void LogPatternStatistics()
    {
        var stats = new
        {
            HitCount = _cache.GetCurrentStatistics()?.TotalHits ?? 0,
            MissCount = _cache.GetCurrentStatistics()?.TotalMisses ?? 0,
            CurrentSize = _cache.GetCurrentStatistics()?.CurrentEntryCount ?? 0,
            PatternPerformance = GetPatternPerformanceMetrics()
        };

        _logger.LogInformation("Cache Pattern Statistics: {@Stats}", stats);
    }

    private object GetPatternPerformanceMetrics()
    {
        // Implement pattern-specific performance metrics
        return new { };
    }
}

İleri Seviye Sorular¶

Distributed cache pattern'ler nasıl uygulanır?
Cevap:
- Distributed locking
- Consensus algorithms
- Event sourcing
- Message queues
- Pub/Sub pattern
Cache pattern performans optimizasyonu nasıl yapılır?
Cevap:
- Pattern seçimi
- Kaynak kullanımı
- Batch işlemler
- Asenkron operasyonlar
- Caching stratejileri
Cache pattern güvenliği nasıl sağlanır?
Cevap:
- Veri şifreleme
- Erişim kontrolü
- Audit logging
- Secure communication
- Data isolation
Cache pattern monitoring ve alerting nasıl yapılır?
Cevap:
- Performance metrics
- Pattern-specific metrics
- Health checks
- Custom alerts
- Logging
Cache pattern test stratejileri nelerdir?
Cevap:
- Unit testing
- Integration testing
- Performance testing
- Load testing
- Chaos testing