このトピックを覚える意味は何ですか？

Redis や CDN、DB クエリキャッシュのモニタリングでヒット率は最重要指標です。ヒット率が低下したときに原因を特定し、TTL 調整やキャッシュキー設計の見直しといった改善策を判断できるようになります。実務での問題解決スピードが格段に上がります。

実務でこの知識を使う場面は？

API の Content-Length 計算、ファイルアップロードのサイズ制限、画像処理での色深度計算など、低レベルな数値を扱う場面で頻出します。OS・ネットワーク・暗号の理解にも繋がるため、CS の共通言語と思って習得しておくと一生使える知識です。

他の章とどう繋がりますか？

後続の章で扱うデータ構造（スタック・キュー）、アルゴリズム（探索・ソート）の基礎になります。「データを 32 bit でどう表現するか」「メモリにどう載せるか」が分かると、後続トピックの実装が腹落ちしやすくなります。

キャッシュヒット率｜コードで実践

キャッシュを入れたら速くなった気がする、では次の判断ができません。置ける量を増やすのか、寿命を延ばすのか、そもそもキーの作り方が悪いのか。手を動かす前に、いま効いているかどうかを数字にします。

効いている気がする、では次が決められない

キャッシュは、一度取ってきたものを手元に置いておく仕組みです。次に同じものを聞かれたとき、手元にあればそれを返します。これが hit、無くて元まで取りに行くのが miss です。全部のアクセスのうち何回当たったかの割合がヒット率で、キャッシュの効きを語るときの共通の物差しになります。

当たった回数を、当たった回数と外れた回数の合計で割ります。そのままだと 0.75 のような比率になるので、100 を掛けてパーセントにします。人に見せる数字は 75 のほうが判断しやすく、監視の閾値も置きやすいからです。

Python

print(3 / 4)        # 0.75
print(3 / 4 * 100)  # 75.0

この割合は、CPU の中の小さなキャッシュから、ブラウザが持っている画像の控え、CDN の配信、DB の問い合わせ結果まで、どの層でも同じ式で測れます。層が違っても物差しが同じなので、どこが効いていないのかを並べて比べられます。

分母が 0 になる日がある

まだ一度もアクセスが来ていないとき、合計が 0 になります。Python は ZeroDivisionError で落ち、JavaScript は NaN を返します。落ちるほうがまだ幸せで、NaN は止まらずに画面やグラフまで運ばれていきます。

JavaScript

console.log(0 / 0);       // NaN
console.log(NaN === NaN); // false

しかも NaN は自分自身と比べても等しくならないので、後ろの処理で見つけて弾くのも面倒です。割り算に入る前に、分母が 0 のときは何を返すかを決めておきます。平均を出す関数でも、形はまったく同じです。

Python

def averageScore(scores):
    if len(scores) == 0:
        return 0.0
    return sum(scores) / len(scores)

先頭の 2 行が、割り算を守る番人です。ここを書く癖が付いていると、割合を扱う関数で事故らなくなります。デプロイ直後やテスト環境のように、アクセスがまだ 1 件も無い状態は普通に訪れます。

85% でも遅いことがある

ヒット率は高いほうがよいのですが、それだけでは判断できません。外れたときの処理が重ければ、10 回に 1 回の miss が待ち時間の大半を占めます。ヒット率は、応答時間や元データへのアクセス数と並べて初めて意味を持ちます。

数字が下がったときに疑う先は、置ける量が足りない、置いたものがすぐ捨てられている、キーが細かすぎて同じ内容が別物として扱われている、のいずれかです。Redis なら INFO stats に当たりと外れの回数がそのまま出ているので、いま書いている割合の計算をそのまま当てはめれば、本番のヒット率が出せます。

効いている気がする、では次が決められない

Python

print(3 / 4)        # 0.75
print(3 / 4 * 100)  # 75.0

分母が 0 になる日がある

JavaScript

console.log(0 / 0);       // NaN
console.log(NaN === NaN); // false

Python

def averageScore(scores):
    if len(scores) == 0:
        return 0.0
    return sum(scores) / len(scores)

キャッシュヒット率

効いている気がする、では次が決められない

分母が 0 になる日がある

85% でも遅いことがある

要件

入出力例

ヒント

メモ

キャッシュヒット率

効いている気がする、では次が決められない

分母が 0 になる日がある

85% でも遅いことがある

要件

入出力例

ヒント

メモ