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Diagramme de Séquence : Cache Géospatial Redis

Architecture du cache Redis Geospatial pour l'optimisation des requêtes de découverte de contenu géolocalisé.

Vue d'ensemble

Le cache Redis Geospatial permet d'accélérer la recherche de contenus audio à proximité d'une position GPS en évitant des calculs PostGIS coûteux sur PostgreSQL à chaque requête.

Performance :

• Sans cache : ~200-500ms (calcul PostGIS sur 100K points)
• Avec cache : ~5-10ms (filtrage Redis en mémoire)

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Flux complet : Cold Start → Warm Cache

sequenceDiagram
    participant User as 📱 Utilisateur<br/>(Paris)
    participant Backend as 🔧 Backend Go
    participant Redis as 🔴 Redis Geospatial<br/>(Cache)
    participant PostgreSQL as 🗄️ PostgreSQL<br/>+ PostGIS
    participant CDN as 🌐 NGINX Cache (OVH VPS)

    Note over User,CDN: 🥶 Cold Start - Cache vide

    User->>Backend: GET /contents?lat=48.8566&lon=2.3522&radius=50km
    Backend->>Redis: EXISTS geo:catalog
    Redis-->>Backend: false (cache vide)

    Backend->>PostgreSQL: SELECT id, lat, lon, title, geo_level<br/>FROM contents WHERE active=true
    Note over PostgreSQL: Tous les contenus actifs<br/>de la plateforme (métadonnées)
    PostgreSQL-->>Backend: 100K contenus (métadonnées)

    Backend->>Redis: GEOADD geo:catalog<br/>lon1 lat1 "content:1"<br/>lon2 lat2 "content:2"<br/>... (100K entrées)
    Note over Redis: Stockage index spatial<br/>en mémoire (~20 MB)
    Redis-->>Backend: OK (100000)

    Backend->>Redis: EXPIRE geo:catalog 300
    Note over Redis: TTL 5 minutes

    Backend->>Redis: GEORADIUS geo:catalog<br/>2.3522 48.8566 50 km
    Note over Redis: Filtrage spatial instantané<br/>(index geohash)
    Redis-->>Backend: [content:123, content:456, ...]<br/>(~500 IDs dans rayon)

    Backend->>PostgreSQL: SELECT * FROM contents<br/>WHERE id IN (123, 456, ...)<br/>AND geo_level = 'gps_precise'
    Note over PostgreSQL: Récupération détails complets<br/>uniquement contenus proches
    PostgreSQL-->>Backend: Détails complets (500 contenus GPS)

    Backend->>PostgreSQL: SELECT * FROM contents<br/>WHERE city='Paris' OR dept='75'<br/>OR region='IDF' OR geo_level='national'
    Note over PostgreSQL: Contenus par niveau géographique
    PostgreSQL-->>Backend: Contenus ville/région/national

    Backend->>Backend: Scoring & mixage :<br/>- GPS proche : 70%<br/>- Ville : 20%<br/>- Région : 8%<br/>- National : 2%

    Backend-->>User: JSON: [{id, title, creator, audioUrl, score}, ...]<br/>(playlist mixée et scorée)

    Note over User,CDN: 🎵 Lecture audio (requêtes séparées)

    User->>CDN: GET /audio/content-123.m3u8
    CDN-->>User: Playlist HLS

    User->>CDN: GET /audio/content-123-segment-001.ts
    CDN-->>User: Segment audio Opus

    Note over User,CDN: 🔥 Warm Cache - Utilisateur 2 à Lyon (45km+)

    participant User2 as 📱 Utilisateur 2<br/>(Lyon)

    User2->>Backend: GET /contents?lat=45.7640&lon=4.8357&radius=50km
    Backend->>Redis: EXISTS geo:catalog
    Redis-->>Backend: true ✅ (cache chaud)

    Backend->>Redis: GEORADIUS geo:catalog<br/>4.8357 45.7640 50 km
    Note over Redis: Filtrage instantané<br/>sur cache existant
    Redis-->>Backend: [content:789, content:012, ...]<br/>(~300 IDs différents)

    Backend->>PostgreSQL: SELECT * FROM contents<br/>WHERE id IN (789, 012, ...)<br/>AND geo_level = 'gps_precise'
    PostgreSQL-->>Backend: Détails complets

    Backend->>PostgreSQL: SELECT * FROM contents<br/>WHERE city='Lyon' OR dept='69'<br/>OR region='Auvergne-RA' OR geo_level='national'
    PostgreSQL-->>Backend: Contenus ville/région/national

    Backend->>Backend: Scoring & mixage

    Backend-->>User2: JSON: [{id, title, creator, audioUrl, score}, ...]

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Stratégie de cache

Cache du catalogue complet (approche choisie)

Principe : Au premier cache miss, charger TOUS les contenus géolocalisés en une seule fois dans Redis.

Avantages :

• ✅ 1 seul cache miss au démarrage de l'instance
• ✅ Toutes les requêtes suivantes servies par Redis (n'importe quelle position GPS)
• ✅ Simple à gérer (1 seule clé Redis : geo:catalog)
• ✅ Pas de duplication de données

Inconvénients :

• ⚠️ Premier utilisateur subit le cold start (~500ms-1s)
• ⚠️ Nécessite charger toute la base (acceptable : ~20 MB pour 100K contenus)

Alternatives non retenues :

• Cache par zone géographique → cache miss fréquents, complexité gestion chevauchements
• Cache à la demande → trop de cache miss, pas d'optimisation réelle

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Détails techniques

1. Données stockées dans Redis

Clé Redis : geo:catalog

Structure :

GEOADD geo:catalog
  2.3522 48.8566 "content:12345"  # lon, lat, member
  4.8357 45.7640 "content:67890"
  ...

Taille mémoire :

• ~200 bytes par entrée (ID + coordonnées + index geohash)
• 100K contenus = ~20 MB
• Négligeable pour Redis (plusieurs GB RAM disponibles)

TTL : 5 minutes (300 secondes)

• Le contenu géolocalisé est quasi-statique (change peu)
• Rechargement automatique toutes les 5 minutes si cache expiré
• Permet de propager les nouveaux contenus rapidement

2. Niveaux géographiques

Le cache Redis ne contient que les contenus avec GPS précis (geo_level = 'gps_precise').

Les autres niveaux géographiques sont gérés par filtrage applicatif :

Niveau	Stockage	Requête
GPS précis	Redis + PostgreSQL	GEORADIUS puis SELECT WHERE id IN (...)
Ville	PostgreSQL uniquement	SELECT WHERE city = ?
Département	PostgreSQL uniquement	SELECT WHERE department = ?
Région	PostgreSQL uniquement	SELECT WHERE region = ?
National	PostgreSQL uniquement	SELECT WHERE geo_level = 'national'

3. Commandes Redis utilisées

# Vérifier existence du cache
EXISTS geo:catalog
# Retour : 0 (n'existe pas) ou 1 (existe)

# Charger le catalogue complet (cold start)
GEOADD geo:catalog 2.3522 48.8566 "content:1" 4.8357 45.7640 "content:2" ...
# Retour : nombre d'éléments ajoutés

# Définir TTL 5 minutes
EXPIRE geo:catalog 300

# Rechercher contenus dans un rayon
GEORADIUS geo:catalog 2.3522 48.8566 50 km
# Retour : ["content:123", "content:456", ...]

# Optionnel : obtenir distance et coordonnées
GEORADIUS geo:catalog 2.3522 48.8566 50 km WITHDIST WITHCOORD
# Retour : [["content:123", "12.5", ["2.35", "48.85"]], ...]

4. Algorithme de scoring

Le backend mixe les résultats selon une pondération :

Score final =
  (Pertinence GPS × 0.70) +
  (Pertinence Ville × 0.20) +
  (Pertinence Région × 0.08) +
  (Pertinence National × 0.02)

Critères de pertinence :

• GPS : Plus proche = score élevé (distance inversée)
• Ville/Région : Matching exact = score maximal
• National : Score fixe faible (contenu générique)

Mixage playlist :

1. Trier tous les contenus par score décroissant
2. Appliquer diversité créateurs (pas 3 contenus du même créateur d'affilée)
3. Injecter contenus sponsorisés/mis en avant (futurs)
4. Retourner top 50 pour la session d'écoute

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Métriques de performance

Temps de réponse typiques

Scénario	Latence	Détail
Cold start	500-1000ms	Chargement 100K contenus dans Redis + requête
Warm cache	5-10ms	GEORADIUS + SELECT WHERE id IN (...)
TTL expiré	500-1000ms	Rechargement automatique

Charge serveurs

Composant	Sans cache	Avec cache
PostgreSQL CPU	60-80%	10-20%
Redis CPU	N/A	5-15%
Throughput	~50 req/s	~500 req/s

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Cas limites et optimisations futures

Cas limite 1 : Contenu très dense (Paris intra-muros)

Problème : 10K contenus dans rayon 5km → trop de résultats

Solution actuelle :

• Limiter résultats Redis à 1000 premiers (tri par distance)
• Scorer et filtrer côté application

Optimisation future :

• Ajuster rayon dynamiquement selon densité
• Utiliser GEORADIUS ... COUNT 500 pour limiter côté Redis

Cas limite 2 : Zones rurales (peu de contenu)

Problème : Rayon 50km retourne <10 contenus

Solution actuelle :

• Augmenter poids contenus région/national dans le scoring
• Suggérer contenus nationaux populaires

Optimisation future :

• Augmenter rayon automatiquement jusqu'à obtenir min 20 contenus
• GEORADIUS ... 100 km si rayon initial insuffisant

Cas limite 3 : Nombreux créateurs actifs (évolutivité)

Problème : Cache 100K → 1M contenus (200 MB Redis)

Solution actuelle :

• 200 MB reste acceptable pour Redis

Optimisation future :

• Sharding géographique : cache Europe, cache USA, etc.
• Limiter cache aux contenus actifs 90 derniers jours

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Invalidation du cache

Stratégies d'invalidation

Événement	Action cache	Détail
Nouveau contenu publié	Lazy (TTL)	Visible sous 5 minutes max
Contenu supprimé/modéré	Lazy (TTL)	Disparaît sous 5 minutes max
Mise à jour GPS contenu	Lazy (TTL)	Nouvelle position sous 5 minutes
Déploiement backend	Flush volontaire	DEL geo:catalog si schema change

Pas d'invalidation immédiate pour simplifier l'architecture (cohérence éventuelle acceptable).

Alternative future :

• Pub/Sub Redis : notifier toutes les instances backend lors d'un changement
• GEOADD geo:catalog 2.35 48.85 "content:new" pour ajout immédiat

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Schéma simplifié

┌─────────────────────────────────────────────────────────┐
│                    Utilisateur                          │
│                 (Position GPS actuelle)                 │
└────────────────────────┬────────────────────────────────┘
                         │
                         │ GET /contents?lat=X&lon=Y&radius=Z
                         ▼
┌─────────────────────────────────────────────────────────┐
│                   Backend Go (Fiber)                    │
│                                                         │
│  1. Vérifier cache Redis                               │
│     ├─ Cache HIT → GEORADIUS rapide                    │
│     └─ Cache MISS → Charger catalogue complet          │
│                                                         │
│  2. Filtrer contenus GPS proches (Redis)               │
│  3. Récupérer contenus ville/région/national (PG)      │
│  4. Scorer et mixer selon pondération                  │
│  5. Retourner playlist                                 │
└────────────┬───────────────────────────┬────────────────┘
             │                           │
             │ GEORADIUS                 │ SELECT détails
             ▼                           ▼
┌─────────────────────┐    ┌───────────────────────────┐
│  Redis Geospatial   │    │  PostgreSQL + PostGIS     │
│  (Index spatial)    │    │  (Données complètes)      │
│                     │    │                           │
│  • geo:catalog      │    │  • contents (détails)     │
│  • TTL 5 min        │    │  • users                  │
│  • ~20 MB mémoire   │    │  • playlists              │
└─────────────────────┘    └───────────────────────────┘

---

Références

• ADR-005 : Base de données
• Redis Geospatial Commands
• PostGIS Documentation
• Règles métier : Algorithme de recommandation
• Règles métier : Centres d'intérêt