Disk Cache: cos’è, cache su disco iOS e principi di funzionamento

Cos’è Disk Cache in iOS?

Disk Cache è una tecnologia per archiviare temporaneamente dati sull’archiviazione permanente del dispositivo (memoria flash) per accelerare le richieste successive agli stessi dati. A differenza della cache RAM, Disk Cache conserva i dati dopo il riavvio dell’app e persino del dispositivo.

iOS fornisce due livelli principali di caching: volatile (NSCache, memoria) e su disco (URLCache, file system). La cache su disco è da 10 a 100 volte più lenta della cache volatile, ma significativamente più veloce di una richiesta di rete — la differenza può essere di 2 o 3 ordini di grandezza. La strategia ottimale utilizza una cache a due livelli: memoria per i dati caldi e disco per i dati freddi.

Secondo Apple Performance Optimization Guide, 2023, un Disk Cache correttamente configurato riduce il tempo di caricamento dei contenuti del 60–80% per le visualizzazioni ripetute e diminuisce il consumo di traffico del 40–70%. Per le applicazioni ricche di contenuti multimediali (immagini, video, audio), il caching è un fattore UX critico.

URLCache: meccanismo di caching integrato

URLCache è una classe Foundation integrata che implementa una cache combinata per le richieste URLSession. Salva automaticamente le risposte del server su disco e in memoria, gestendo le dimensioni della cache e le politiche di invalidazione basate su intestazioni HTTP come Cache-Control, Expires e ETag.

import Foundation

let cache = URLCache(
    memoryCapacity: 50 * 1024 * 1024,
    diskCapacity: 200 * 1024 * 1024,
    diskPath: "network-cache"
)

URLCache.shared = cache

let config = URLSessionConfiguration.default
config.urlCache = cache
config.requestCachePolicy = .returnCacheDataElseLoad

let session = URLSession(configuration: config)

Politiche di caching URLCache determinano quando utilizzare i dati memorizzati nella cache e quando eseguire una nuova richiesta. Le principali politiche includono: useProtocolCachePolicy (basata sulle intestazioni del server), reloadIgnoringLocalCacheData (sempre dal server), returnCacheDataElseLoad (cache prima), returnCacheDataDontLoad (solo cache — modalità offline).

Cache-Control è un’intestazione HTTP che il server invia insieme alla risposta, specificando max-age (durata in secondi), must-revalidate (verificare l’attualità), no-cache (non usare senza verifica) e no-store (non memorizzare nella cache). iOS rispetta rigorosamente queste intestazioni automaticamente quando utilizza URLCache con la politica useProtocolCachePolicy.

Strategie di caching personalizzate e invalidazione

Cache personalizzata è necessaria quando l’URLCache integrato è insufficiente — per archiviare immagini elaborate, modelli di dati serializzati o risultati di calcoli. In questi casi, gli sviluppatori creano il proprio sistema di caching basato sulla directory Caches nel Sandbox dell’app.

class DiskCache<T: Codable> {
    private let cacheDir: URL
    private let encoder = JSONEncoder()
    private let decoder = JSONDecoder()

    init() {
        let paths = FileManager.default
            .urls(for: .cachesDirectory,
                     in: .userDomainMask)
        cacheDir = paths[0].appendingPathComponent(
            "data-cache", isDirectory: true
        )
        try? FileManager.default
            .createDirectory(at: cacheDir,
                             withIntermediateDirectories: true)
    }

    func set(value: T, for key: String) {
        let url = cacheDir.appendingPathComponent(
            SHA256.hash(key)
        )
        if let data = try? encoder.encode(value) {
            try? data.write(to: url)
        }
    }

    func get(for key: String) -> T? {
        let url = cacheDir.appendingPathComponent(
            SHA256.hash(key)
        )
        guard let data = try? Data(contentsOf: url) else { return nil }
        return try? decoder.decode(T.self, from: data)
    }

    func clearAll() {
        try? FileManager.default
            .removeItem(at: cacheDir)
    }
}

Strategie di invalidazione della cache determinano quando i dati archiviati sono considerati obsoleti: TTL (Time-To-Live) — i dati vivono un tempo fisso dopo la scrittura; basata su eventi — invalidazione basata su un evento (es. aggiornamento dei dati sul server); basata sulla versione — invalidazione al cambiamento della versione dell’API o del formato dei dati; LRU (Least Recently Used) — rimozione automatica delle voci meno utilizzate al superamento del limite di dimensione.

Regola pratica: TTL è adatto per notizie e contenuti che diventano obsoleti in modo prevedibile. Basata su eventi per i dati gestiti dal server tramite notifiche push. Basata sulla versione per configurazioni e cache di modelli dati. LRU è una scelta universale per file multimediali con spazio su disco limitato.

Prestazioni e limiti della cache

Le prestazioni di Disk Cache sono misurate dal rapporto di successo (hit ratio) — la percentuale di richieste soddisfatte dalla cache senza chiamata di rete. Un rapporto di successo tipico per una cache di immagini ben configurata è del 70–90%, per le risposte API — 40–60%, per lo streaming video — 30–50%.

Limiti di Disk Cache in iOS: il sistema può eliminare il contenuto della directory Caches in qualsiasi momento quando lo spazio su disco è insufficiente. Questo comportamento non è configurabile — iOS decide quando e quali file della cache eliminare. Pertanto, la cache non deve contenere dati che non possono essere recuperati dalla rete o da altre fonti.

Impatto sulla memoria flash: la scrittura frequente su Disk Cache accelera l’usura dell’archiviazione flash. iOS utilizza TRIM e wear leveling per ridurre al minimo l’usura, ma si consiglia agli sviluppatori di evitare scritture eccessive: non aggiornare la cache più di una volta ogni 5 minuti per lo stesso file; raggruppare le piccole scritture; utilizzare NSCache per i dati temporanei che non devono essere mantenuti su disco.

Best practice per il caching in iOS

Cache a due livelli è l’architettura standard per le app iOS: memoria (NSCache) per i dati a cui si accede frequentemente e disco (URLCache o personalizzata) per i dati che devono persistere tra le sessioni. Durata in memoria — minuti, su disco — ore o giorni.

Caching delle immagini: utilizza librerie specializzate (Kingfisher, SDWebImage, Nuke) che implementano una cache a due livelli con invalidazione automatica, gestione della memoria e scrittura asincrona su disco. L’implementazione di una cache di immagini personalizzata richiede la considerazione della decodifica, dello spazio colore e del ridimensionamento.

Cache e sicurezza: non memorizzare dati sensibili (password, token, dati personali) su disco senza crittografia. URLCache non crittografa i dati per impostazione predefinita — utilizza NSFileProtection o la crittografia a livello di applicazione per i contenuti sensibili. Per le richieste di rete autorizzate, utilizza la politica .reloadIgnoringLocalCacheData.

Monitoraggio della cache: monitora il rapporto di successo, la dimensione attuale della cache e le scritture al minuto. Se il rapporto di successo scende sotto il 30%, la cache è inefficiente e richiede una revisione della strategia o un aumento delle dimensioni. Secondo Point-Free (2024), il monitoraggio della cache è una delle pratiche di ottimizzazione delle prestazioni delle app iOS più sottovalutate.