HTTP緩存機制詳解

tinna 發布于2019-08-21 12:04 / 1224人閱讀

摘要：在此，我會嘗試用簡單明了的文字，像大家系統的介紹緩存機制，期望對各位正確的理解前端緩存有所幫助。兩類緩存規則可以同時存在，強制緩存優先級高于對比緩存，也就是說，當執行強制緩存的規則時，如果緩存生效，直接使用緩存，不再執行對比緩存規則。

前言

在請求一個靜態文件的時候（圖片，css，js）等，這些文件的特點是文件不經常變化，將這些不經常變化的文件存儲起來，對客戶端來說是一個優化用戶瀏覽體驗的方法。那么這個就是客戶端緩存的意義了。

Http 緩存機制作為 web 性能優化的重要手段，對于從事 Web 開發的同學們來說，應該是知識體系庫中的一個基礎環節，同時對于有志成為前端架構師的同學來說是必備的知識技能。

但是對于很多前端同學來說，僅僅只是知道瀏覽器會對請求的靜態文件進行緩存，但是為什么被緩存，緩存是怎樣生效的，卻并不是很清楚。

在此，我會嘗試用簡單明了的文字，像大家系統的介紹HTTP緩存機制，期望對各位正確的理解前端緩存有所幫助。

緩存規則解析

HTTP緩存有多種規則，根據是否需要重新向服務器發起請求來分類，我將其分為兩大類(強制緩存，對比緩存)

在詳細介紹這兩種規則之前，先通過時序圖的方式，讓大家對這兩種規則有個簡單了解。

已存在緩存數據時，僅基于強制緩存，請求數據的流程如下：

已存在緩存數據時，僅基于對比緩存，請求數據的流程如下：

對緩存機制不太了解的同學可能會問，基于對比緩存的流程下，不管是否使用緩存，都需要向服務器發送請求，那么還用緩存干什么？

這個問題，我們暫且放下，后文在詳細介紹每種緩存規則的時候，會帶給大家答案。

我們可以看到兩類緩存規則的不同，強制緩存如果生效，不需要再和服務器發生交互，而對比緩存不管是否生效，都需要與服務端發生交互。

兩類緩存規則可以同時存在，強制緩存優先級高于對比緩存，也就是說，當執行強制緩存的規則時，如果緩存生效，直接使用緩存，不再執行對比緩存規則。

強制緩存

從上文我們得知，強制緩存，在緩存數據未失效的情況下，可以直接使用緩存數據，那么瀏覽器是如何判斷緩存數據是否失效呢？

我們知道，在沒有緩存數據的時候，瀏覽器向服務器請求數據時，服務器會將數據和緩存規則一并返回，緩存規則信息包含在響應header中。

對于強制緩存來說，響應header中會有兩個字段來標明失效規則（Expires/Cache-Control）使用chrome的開發者工具，可以很明顯的看到對于強制緩存生效時，網絡請求的情況。

Expires

Expires的值為服務端返回的到期時間，即下一次請求時，請求時間小于服務端返回的到期時間，直接使用緩存數據。

不過Expires 是HTTP 1.0的東西，現在默認瀏覽器均默認使用HTTP 1.1，所以它的作用基本忽略。

另一個問題是，到期時間是由服務端生成的，但是客戶端時間可能跟服務端時間有誤差，這就會導致緩存命中的誤差。

所以HTTP 1.1 的版本，使用Cache-Control替代。

Cache-Control

Cache-Control 是最重要的規則。常見的取值有private、public、no-cache、max-age，no-store，默認為private。

private:             客戶端可以緩存
public:              客戶端和代理服務器都可緩存（前端的同學，可以認為public和private是一樣的）
max-age=xxx:   緩存的內容將在 xxx 秒后失效
no-cache:          需要使用對比緩存來驗證緩存數據（后面介紹）
no-store:           所有內容都不會緩存，強制緩存，對比緩存都不會觸發

（對于前端開發來說，緩存越多越好，so...基本上和它說886）

舉個例子：

圖中Cache-Control僅指定了max-age，所以默認為private，緩存時間為31536000秒（365天）也就是說，在365天內再次請求這條數據，都會直接獲取緩存數據庫中的數據，直接使用。

沒懂的話，我們換通俗一點的話來說一遍。當客戶端第一次訪問資源的時候，服務端在返回資源內容的同時也返回了Expires: Sun, 16 Oct 2016 05:43:02 GMT。

服務端告訴瀏覽器：你Y的先把這個文件給我緩存起來，在這個過期時間之前，這個文件都不會變化了，你下次需要這個文件的時候，你就不要過來找我要了，你就去緩存中拿就好了，又快又好。

瀏覽器回答說：諾。

于是在第二次html頁面中又要訪問這個資源的時候，并且訪問的日期在Sun, 16 Oct 2016 05:43:02 GMT之前，瀏覽器就不去服務器那邊獲取文件了，自己從緩存中自食其力了。

但是呢，瀏覽器畢竟是在客戶端的，客戶端的時間可是不準確的，用戶可以隨著自己的喜好修改自己機器的時間，比如我把我機器的時間調成Sun, 16 Oct 2016 05:43:03 GMT，那么呢？我的瀏覽器就不會再使用緩存了，而每次都去服務器獲取文件。于是，服務器怒了：給你個絕對時間，你由于環境被修改沒法判斷過期，那么我就給你相對時間吧。于是就返回了Cache-Control: max-age:600，瀏覽器你給我緩存個10分鐘去。于是瀏覽器只有乖乖的緩存10分鐘了。

但是問題又來了，如果有的服務器同時設置了Expires和Cache-Control怎么辦呢？（不是閑的沒事干，而是由于Cache-Controll是HTTP1.1中才有的）那么就是根據更先進的設置Cache-Control來為標準。

好了，現在有個問題，我有個文件可能時不時會更新，服務端非常希望客戶端能時不時過來問一下這個文件是否過期，如果沒有過期，服務端不返回數據給你，只告訴瀏覽器你的緩存還沒有過期（304）。然后瀏覽器使用自己存儲的緩存來做顯示。這個就叫做條件請求。

對比緩存

對比緩存，顧名思義，需要進行比較判斷是否可以使用緩存。瀏覽器第一次請求數據時，服務器會將緩存標識與數據一起返回給客戶端，客戶端將二者備份至緩存數據庫中。

再次請求數據時，客戶端將備份的緩存標識發送給服務器，服務器根據緩存標識進行判斷，判斷成功后，返回304狀態碼，通知客戶端比較成功，可以使用緩存數據。

對于對比緩存來說，緩存標識的傳遞是我們著重需要理解的，它在請求header和響應header間進行傳遞，一共分為兩種標識傳遞，接下來，我們分開介紹。

Last-Modified / If-Modified-Since

Last-Modified：服務器在響應請求時，告訴瀏覽器資源的最后修改時間。

If-Modified-Since：

再次請求服務器時，通過此字段通知服務器上次請求時，服務器返回的資源最后修改時間。

服務器收到請求后發現有頭If-Modified-Since 則與被請求資源的最后修改時間進行比對。

若資源的最后修改時間大于If-Modified-Since，說明資源又被改動過，則響應整片資源內容，返回狀態碼200；若資源的最后修改時間小于或等于If-Modified-Since，說明資源無新修改，則響應HTTP 304，告知瀏覽器繼續使用所保存的cache。

Etag / If-None-Match（優先級高于Last-Modified / If-Modified-Since）

第一次客戶端訪問資源的時候，服務端返回資源內容的同時返回了ETag：1234，告訴客戶端：這個文件的標簽是1234，我如果修改了我這邊的資源的話，這個標簽就會不一樣了。

第二次客戶端訪問資源的時候，由于緩存中已經有了Etag為1234的資源，客戶端要去服務端查詢的是這個資源有木有過期呢？所以帶上了If-None-Match: 1234。告訴服務端：如果你那邊的資源還是1234標簽的資源，你就返回304告訴我，不需要返回資源內容了。如果不是的話，你再返回資源內容給我就行了。服務端就比較下Etag來看是返回304還是200。

各種刷新

理解了上面的緩存標簽之后就很好理解各種刷新了。

刷新有三種

瀏覽器中寫地址，回車
F5
Ctrl+F5

假設對一個資源：

瀏覽器第一次訪問，獲取資源內容和cache-control: max-age:600，Last_Modify: Wed, 10 Aug 2013 15:32:18 GMT于是瀏覽器把資源文件放到緩存中，并且決定下次使用的時候直接去緩存中取了。

瀏覽器url回車

瀏覽器發現緩存中有這個文件了，好了，就不發送任何請求了，直接去緩存中獲取展現。（最快）

下面我按下了F5刷新

F5就是告訴瀏覽器，別偷懶，好歹去服務器看看這個文件是否有過期了。于是瀏覽器就膽膽襟襟的發送一個請求帶上If-Modify-since：Wed, 10 Aug 2013 15:32:18 GMT

然后服務器發現：誒，這個文件我在這個時間后還沒修改過，不需要給你任何信息了，返回304就行了。于是瀏覽器獲取到304后就去緩存中歡歡喜喜獲取資源了。

但是呢，下面我們按下了Ctrl+F5

這個可是要命了，告訴瀏覽器，你先把你緩存中的這個文件給我刪了，然后再去服務器請求個完整的資源文件下來。于是客戶端就完成了強行更新的操作...

還有說一下，那個ETag實際上很少人使用，因為它的計算是使用算法來得出的，而算法會占用服務端計算的資源，所有服務端的資源都是寶貴的，所以就很少使用etag了。

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