【HTTP缓存】理论知识

时间：2016-12-12 17:51:30
作者: zhongxia

零、前言

这里主要写的是理论，具体实践的比较少，后期写一个实践教程，内容基本都是从参考文章里面抄过来的【看完文章，顺便写做下笔记，加深理解。】

浏览器缓存，也就是客户端缓存，既是网页性能优化里面静态资源相关优化的一大利器，也是无数web开发人员在工作过程不可避免的一大问题，所以在产品开发的时候我们总是想办法避免缓存产生，而在产品发布之时又在想策略管理缓存提升网页的访问速度。

了解浏览器的缓存命中原理，是开发web应用的基础，本文着眼于此，学习浏览器缓存的相关知识，总结缓存避免和缓存管理的方法，结合具体的场景说明缓存的相关问题。希望能对有需要的人有所帮助。

一、浏览器缓存基本认识

1. 强缓存和协商缓存

浏览器在加载资源的时，先根据 http header 判断它是否命中强缓存.

命中强缓存：浏览器直接从自己缓存中读取资源，不发送请求到服务器
不命中强缓存：浏览器发送一个请求到服务器，服务器根据资源的另外一些 http header 验证该资源是否命中协商缓存
- 命中协商缓存：将请求返回，但不是返回该资源的数据，而是告诉浏览器可以直接从缓存中加载这个资源。
- 不命中协商缓存：服务器返回该资源数据

2. 异同点和关系

共同点：命中，都是从浏览器缓存中加载资源
不同点：强缓存不发送请求到服务器，协商缓存会发送请求。

必须开启强缓存，协商缓存才会起作用

二、强缓存原理

什么是协商缓存？
如图，返回http状态为200，size为 form cache 的就是强缓存

1. HTTP Response Header 看强缓存

Expires

HTTP1.0 时代，Expires 【表示资源过期时间】【缓存过期的下一个时间必须GMT 格式】

可能存在问题：服务器时间和客户端时间不一致，因此 HTTP1.1 出了一些 Cache-control

如图：

Cache-control

HTTP1.1 时代，Cache-control: 过期时间【缓存多少毫秒】
如图：

例子：

Expires步骤

浏览器第一次请求资源，服务器在返回的同时，会在 response 的 header 上加上 Expires
浏览器收到资源后，把资源和 Expires 一起缓存下来
第二次请求资源时，拿出Expires和当前请求时间比较下，如果还未过期，则直接从缓存中读取出来，【这个就叫命中缓存】
没有命中的话，去服务端请求，走协商缓存道路，最后返回时，会返回一个新的 Expires ，浏览器在缓存下来。

Cache-control 步骤

和 Expires一样，只是过期时间=当前时间+Cache-control 的 Max-age 缓存毫秒数

Cache-control 和 Expires

这两个可以一起用，也可以只用其中一个【一起用，优先级： Cache-Control > Expires】
Expires 是比较老的强缓存管理Header，因为它是绝对时间，而服务器时间和客户端时间相差大，或者修改客户端时间，就会影响缓存命中率
Cache-control 是相对时间，受到的影响小一些

如何设置强缓存?

1. 代码形式

通过代码的形式，在web服务器的返回响应 header 中添加 Expies， Cache-control

java.util.Date date = new java.util.Date();    
response.setDateHeader("Expires",date.getTime()+20000); //Expires:过时期限值 
response.setHeader("Cache-Control", "public"); //Cache-Control来控制页面的缓存与否,public:浏览器和缓存服务器都可以缓存页面信息；
response.setHeader("Pragma", "Pragma"); //Pragma:设置页面是否缓存，为Pragma则缓存，no-cache则不缓存

设置不缓存

response.setHeader( "Pragma", "no-cache" );   
response.setDateHeader("Expires", 0);   
response.addHeader( "Cache-Control", "no-cache" );//浏览器和缓存服务器都不应该缓存页面信息

2. web服务器配置

让web服务器在响应资源的时候统一添加Expires和Cache-Control Header

nginx和apache作为专业的web服务器，都有专门的配置文件，可以配置expires和cache-control，这方面的知识，如果你对运维感兴趣的话，可以在百度上搜索“nginx 设置 expires cache-control”或“apache 设置 expires cache-control”都能找到不少相关的文章。

3. 强缓存的应用

强缓存是前端性能优化最有力的工具，没有之一。
大量的静态资源网站，一定要利用强缓存，提高响应速度
例子，京东页面，强缓存到2026年。【这个强缓存可以有】
使用强缓存后，如何更新网站呢？

给文件加上 hash 值。

知乎上的完美解决方案
https://www.zhihu.com/question/20790576

注意点【强缓存针对静态资源，动态资源不要，html资源不要。】

强缓存还有一点需要注意的是，通常都是针对静态资源使用，动态资源需要慎用，除了服务端页面可以看作动态资源外，那些引用静态资源的html也可以看作是动态资源，如果这种html也被缓存，当这些html更新之后，可能就没有机制能够通知浏览器这些html有更新，尤其是前后端分离的应用里，页面都是纯html页面，每个访问地址可能都是直接访问html页面，这些页面通常不加强缓存，以保证浏览器访问这些页面时始终请求服务器最新的资源

三、协商缓存

1. 什么是协商缓存？

如图：返回http状态304，Not Modified

说白了就是浏览器自己不确定，没有办法决定，因此要找服务器商量下。服务器说可以，那浏览器就直接从自己缓存里面找出资源，服务器说你这个不行啊，过期了。我给你个新的，浏览器就拿新的咯。

协商缓存要发请求，所有header都是 response 和 request 一人一个。

2. 协商缓存如何控制？

协商缓存是利用的是【Last-Modified，If-Modified-Since】和【ETag、If-None-Match】这两对Header来管理的。

Response Header : Last-Modified, ETag
Request Header : If-Modified-Since , If-None-Match

3. 【Last-Modified，If-Modified-Since】缓存管理方式

第一次跟web服务器请求资源时，在 response 的 header 加上 Last-Modified【文件最后修改时间】
浏览器收到资源的时候，把资源文件和 Last-Modified 缓存起来
再次请求的时候，在 Request Header 加上 If-Modified-Since 的 header，这个值，就是第一次web服务器返回的 Last-Modified。
web服务器收到之后，判断 Last-Modified-Since 和 Last-Modified 是否一致，一致则返回 304 Not Modified. 让浏览器去加载缓存里面的。
不一致的话，返回资源，并返回一个新的 Last-Modified
浏览器继续缓存下来，然后继续上面的步骤。

【Last-Modified，If-Modified-Since】都是根据服务器时间返回的header，一般来说，在没有调整服务器时间和篡改客户端缓存的情况下，这两个header配合起来管理协商缓存是非常可靠的，但是有时候也会服务器上资源其实有变化，但是最后修改时间却没有变化的情况，而这种问题又很不容易被定位出来，而当这种情况出现的时候，就会影响协商缓存的可靠性。所以就有了另外一对header来管理协商缓存，这对header就是【ETag、If-None-Match】。

4.【ETag、If-None-Match】的缓存管理的方式是

所有的步骤都是差不多的

发送请求，返回资源的时候，也返回了一个 ETag【文件的Hash值】
浏览器缓存资源，并缓存下 ETag
再次请求的时候，Request Header If-None-Match 把上次传过来的 ETag 传过去
web服务器，在生成一个资源文件的 ETag，然后跟传过来的比较
一样，返回 304 Not-Modified,浏览器从缓存拿
不一样， web服务器返回资源，并返回一个新的 ETag，然后重复上面操作。

强缓存和协商缓存的缓存管理都是一样的步骤哈。

5. 注意ETag的使用

在分布式部署的时候，多台机器的 Last-Modified 必须保持一致，否则协商缓存会出问题。
分布式部署，不同的机器生成的 ETag 都会不一样。然后协商缓存就会出问题。【因此如果没有搞定ETag 一致，就先关闭掉。】
协商缓存需要配合强缓存使用【不启动强缓存，协商缓存也就不起作用】
response header 包含了强缓存的管理 header

四、浏览器行为对缓存的影响

如果资源已经被浏览器缓存下来，在缓存失效之前，再次请求时，默认会先检查是否命中强缓存，如果强缓存命中则直接读取缓存，如果强缓存没有命中则发请求到服务器检查是否命中协商缓存，如果协商缓存命中，则告诉浏览器还是可以从缓存读取，否则才从服务器返回最新的资源。这是默认的处理方式，这个方式可能被浏览器的行为改变：

当ctrl+f5强制刷新网页时，直接从服务器加载，跳过强缓存和协商缓存；
当f5刷新网页时，跳过强缓存，但是会检查协商缓存；

五、注意点

勾选这个 disable cache 缓存，则不会使用缓存

参考文章

《浏览器缓存知识小结及应用》
《HTTP缓存》
《浏览器 HTTP 协议缓存机制详解》