http缓存，强缓存和协商缓存

原文链接：http://caibaojian.com/http-cache-3.html

下面我贴出2道题，大家可以尝试解答下：·

以下为 page.html 内容：

    
    
    
    重新访问page页

首次访问该页面，页面中 head.png 响应头信息如下：

HTTP/1.1 200 OK
Cache-Control: no-cache
Content-Type: image/png
Last-Modified: Tue, 08 Nov 2016 06:59:00 GMT
Accept-Ranges: bytes
Date: Thu, 10 Nov 2016 02:48:50 GMT
Content-Length: 3534

 

• 问题1：请问当点击“重新访问 page 页”链接重新加载该页面后， head.png 如何二次加载？
• 问题2：如果将上述信息中的 Cache-Control 设置为 private，那么结果又会如何呢？

HTTP 缓存体系

首先我将 Http 缓存体系分为以下三个部分：

 

1. 缓存存储策略

用来确定 Http 响应内容是否可以被客户端缓存，以及可以被哪些客户端缓存·

这个策略的作用只有一个，用于决定 Http 响应内容是否可缓存到客户端

对于 Cache-Control 头里的 Public、Private、no-cache、max-age 、no-store 他们都是用来指明响应内容是否可以被客户端存储的，其中前4个都会缓存文件数据（关于 no-cache 应理解为“不建议使用本地缓存”，其仍然会缓存数据到本地），后者 no-store 则不会在客户端缓存任何响应数据。另关于 no-cache 和 max-age 有点特别，我认为它是一种混合体，下面我会讲到。

通过 Cache-Control：Public 设置我们可以将 Http 响应数据存储到本地，但此时并不意味着后续浏览器会直接从缓存中读取数据并使用，为啥？因为它无法确定本地缓存的数据是否可用（可能已经失效），还必须借助一套鉴别机制来确认才行， 这就是我们下面要讲到的“缓存过期策略”。

2. 缓存过期策略

客户端用来确认存储在本地的缓存数据是否已过期，进而决定是否要发请求到服务端获取数据

这个策略的作用也只有一个，那就是决定客户端是否可直接从本地缓存数据中加载数据并展示（否则就发请求到服务端获取）

刚上面我们已经阐述了数据缓存到了本地后还需要经过判断才能使用，那么浏览器通过什么条件来判断呢？ 答案是：Expires，Expires 指名了缓存数据有效的绝对时间，告诉客户端到了这个时间点（比照客户端时间点）后本地缓存就作废了，在这个时间点内客户端可以认为缓存数据有效，可直接从缓存中加载展示。

不过 Http 缓存头设计并没有想象的那么规矩，像上面提到的 Cache-Control（这个头是在Http1.1里加进来的）头里的 no-cache 和 max-age 就是特例，它们既包含缓存存储策略也包含缓存过期策略，以 max-age 为例，他实际上相当于：

Cache-Control：public/private（这里不太确定具体哪个）
Expires：当前客户端时间 + maxAge 。

而 Cache-Control：no-cache 和 Cache-Control：max-age=0 （单位是秒）相当·

这里需要注意的是：

Cache-Control 中指定的缓存过期策略优先级高于 Expires，当它们同时存在的时候，后者会被覆盖掉。 缓存数据标记为已过期只是告诉客户端不能再直接从本地读取缓存了，需要再发一次请求到服务器去确认，并不等同于本地缓存数据从此就没用了，有些情况下即使过期了还是会被再次用到，具体下面会讲到。

3. 缓存对比策略

将缓存在客户端的数据标识发往服务端，服务端通过标识来判断客户端 缓存数据是否仍有效，进而决定是否要重发数据。

客户端检测到数据过期或浏览器刷新后，往往会重新发起一个 http 请求到服务器，服务器此时并不急于返回数据，而是看请求头有没有带标识（ If-Modified-Since、If-None-Match）过来，如果判断标识仍然有效，则返回304告诉客户端取本地缓存数据来用即可（这里要注意的是你必须要在首次响应时输出相应的头信息（Last-Modified、ETags）到客户端）。至此我们就明白了上面所说的本地缓存数据即使被认为过期，并不等于数据从此就没用了的道理了。

关于 Last-Modified，这个响应头使用要注意，可能会影响到缓存过期策略，具体原因，后面我会通过解答开篇提到的2道题来作说明。

以上就是我所认识的缓存策略，下面我将缓存策略三要素和常用的几个缓存头（项）结合一起，让大家更清晰的认识到它们之间的关系：

 

通过上图我可以清晰的看到各缓存项分别属于哪个缓存策略范畴，这其中有部分重叠，它表明这些缓存项具有多重缓存策略，所以实际在分析缓存头的时候，除了常规的头外，我们还需要将这些具有双重缓存策略的项分解开来。·

最后我们回到最开始提到的2道题目，我们来一起分解下：

第一道题：

HTTP/1.1 200 OK
Cache-Control: no-cache
Content-Type: image/png
Last-Modified: Tue, 08 Nov 2016 06:59:00 GMT
Accept-Ranges: bytes
Date: Thu, 10 Nov 2016 02:48:50 GMT
Content-Length: 3534

分析上述 Http 响应头发现有以下两项与缓存相关：

Cache-Control: no-cache 
Last-Modified: Tue, 08 Nov 2016 06:59:00 GMT

我们上面讲到了 Cache-Control: no-cache 相当于 Cache-Control: max-age=0，且他们都是多重策略头，我们需将其分解：·

Cache-Control: no-cache 等于 Cache-Control: max-age=0，
接着 Cache-Control: max-age=0 又可分解成：

Cache-Control: public/private （不确定是二者中的哪一个）
Expires: 当前时间

最终我们得到了以下完整的缓存策略三要素：

 

所以最终结果是：浏览器会再次请求服务端，并携带上 Last-Modified 指定的时间去服务器对比：·

• a）对比失败：服务器返回200并重发数据，客户端接收到数据后展示，并刷新本地缓存。
• b）对比成功：服务器返回304且不重发数据，客户端收到304状态码后从本地读取缓存数据。以下为模拟此种情况下请求后的抓包情况：

 

这道题本身不难，但若认为 no-cache 不会缓存数据到本地，那么你理解起来就会很矛盾，因为如果文件数据没有被本地缓存，服务器返回304后将会无法展示出图片内容，但实际上它是能正常展示的。这道题很好的证明了 no-cache 也会缓存数据到本地这一说法。

第二道题：

HTTP/1.1 200 OK
Cache-Control: private
Content-Type: image/png
Last-Modified: Tue, 08 Nov 2016 06:59:00 GMT
Accept-Ranges: bytes
Date: Thu, 10 Nov 2016 02:48:50 GMT
Content-Length: 3534

解题思路和上题一样，首先先找到缓存相关项：

Cache-Control: private     
Last-Modified: Tue, 08 Nov 2016 06:59:00 GMT

这时我们会发现根本找不到缓存过期策略项，那答案会不会和上面一样？ 一时半会也分析不出答案，那只能实际测试下了：·

 

再看看 Chrome 浏览器下抓包：

 

可以看到，浏览器后续请求都直接取的本地缓存，看来的确存在某种缓存过期策略（根据我上面的缓存过期策略理论，浏览器如果直接从本地加载缓存数据，说明它相信本地缓存数据有效，那一定存在某种缓存过期判断条件）。这个问题百思不得其解，困扰了我好久，直到一次偶然的机会我在 Fiddler 响应信息面板里的 Caching 选项卡中找到了答案：

 

 

原来，在没有提供任何浏览器缓存过期策略的情况下，浏览器遵循一个启发式缓存过期策略：

根据响应头中2个时间字段 Date 和 Last-Modified 之间的时间差值，取其值的10%作为缓存时间周期。

贴一下Caching面板里的描述，英语好的同学可以精准翻译下：

HTTP/1.1 Cache-Control Header is present: private
HTTP Last-Modified Header is present: Tue, 08 Nov 2016 06:59:00 GMT
No explicit HTTP Cache Lifetime information was provided.
Heuristic expiration policies suggest defaulting to: 10% of the delta between Last-Modified and Date.
That's '05:15:02' so this response will heuristically expire 2016/11/11 0:46:01.

最终我们得到了以下完整的缓存策略三要素：·

 

最终结果

浏览器会根据 Date 和 Last-Modified 之间的时间差值缓存一段时间，这段时间内会直接使用本地缓存数据而不会再去请求服务器（强制请求除外），缓存过期后，会再次请求服务端，并携带上 Last-Modified 指定的时间去服务器对比并根据服务端的响应状态决定是否要从本地加载缓存数据。

浏览器缓存主要有两类：缓存协商和彻底缓存，也有称之为协商缓存和强缓存。

1.强缓存：不会向服务器发送请求，直接从缓存中读取资源，在chrome控制台的network选项中可以看到该请求返回200的状态码;

2.协商缓存：向服务器发送请求，服务器会根据这个请求的request header的一些参数来判断是否命中协商缓存，如果命中，则返回304状态码并带上新的response header通知浏览器从缓存中读取资源；

两者的共同点是，都是从客户端缓存中读取资源；区别是强缓存不会发请求，协商缓存会发请求。

缓存中header的参数：

强制缓存

Expires：response header里的过期时间，浏览器再次加载资源时，如果在这个过期时间内，则命中强缓存。

Cache-Control：当值设为max-age=300时，则代表在这个请求正确返回时间（浏览器也会记录下来）的5分钟内再次加载资源，就会命中强缓存。

cache-control除了该字段外，还有下面几个比较常用的设置值：

-no-cache：使用本地缓存，但过期时间为当前时间。需要使用缓存协商，先与服务器确认返回的响应是否被更改，如果之前的响应中存在ETag，那么请求的时候会与服务端验证，如果资源未被更改，则可以避免重新下载。

-no-store：直接禁止浏览器缓存数据，每次用户请求该资源，都会向服务器发送一个请求，每次都会下载完整的资源。

-public：可以被所有的用户缓存，包括终端用户和CDN等中间代理服务器。

-private：只能被终端用户的浏览器缓存，不允许CDN等中继缓存服务器对其缓存。

协商缓存

Last-Modify/If-Modify-Since：浏览器第一次请求一个资源的时候，服务器返回的header中会加上Last-Modify，Last-modify是一个时间标识该资源的最后修改时间；当浏览器再次请求该资源时，request的请求头中会包含If-Modify-Since，该值为缓存之前返回的Last-Modify。服务器收到If-Modify-Since后，根据资源的最后修改时间判断是否命中缓存

Etag：web服务器响应请求时，告诉浏览器当前资源在服务器的唯一标识（生成规则由服务器决定）。

If-None-Match：当资源过期时（使用Cache-Control标识的max-age），发现资源具有Etage声明，则再次向web服务器请求时带上头If-None-Match （Etag的值）。web服务器收到请求后发现有头If-None-Match 则与被请求资源的相应校验串进行比对，决定是否命中协商缓存；

ETag和Last-Modified的作用和用法，他们的区别：

1.Etag要优于Last-Modified。Last-Modified的时间单位是秒，如果某个文件在1秒内改变了多次，那么他们的Last-Modified其实并没有体现出来修改，但是Etag每次都会改变确保了精度；

2.在性能上，Etag要逊于Last-Modified，毕竟Last-Modified只需要记录时间，而Etag需要服务器通过算法来计算出一个hash值；

3.在优先级上，服务器校验优先考虑Etag。

浏览器缓存过程

1.浏览器第一次加载资源，服务器返回200，浏览器将资源文件从服务器上请求下载下来，并把response header及该请求的返回时间一并缓存；

2.下一次加载资源时，先比较当前时间和上一次返回200时的时间差，如果没有超过cache-control设置的max-age，则没有过期，命中强缓存，不发请求直接从本地缓存读取该文件（如果浏览器不支持HTTP1.1，则用expires判断是否过期）；如果时间过期，则向服务器发送header带有If-None-Match和If-Modified-Since的请求

3.服务器收到请求后，优先根据Etag的值判断被请求的文件有没有做修改，Etag值一致则没有修改，命中协商缓存，返回304；如果不一致则有改动，直接返回新的资源文件带上新的Etag值并返回200；；

4.如果服务器收到的请求没有Etag值，则将If-Modified-Since和被请求文件的最后修改时间做比对，一致则命中协商缓存，返回304；不一致则返回新的last-modified和文件并返回200；；

点击刷新按钮或者按F5

浏览器直接对本地的缓存文件过期，但是会带上If-Modifed-Since，If-None-Match,这就意味着服务器会对文件检查新鲜度，返回结果可能是304，也有可能是200.

用户按Ctrl+F5（强制刷新）

浏览器不仅会对本地文件过期，而且不会带上 If-Modifed-Since，If-None-Match，相当于之前从来没有请求过，返回结果是200.

地址栏回车

浏览器发起请求，按照正常流程，本地检查是否过期，然后服务器检查新鲜度，最后返回内容。

 

总结

Http 缓存设置起来并不复杂，但却容易被轻视， 今天这篇文章结合2道题目，通过分析、解剖相关缓存头，从系统化角度对 Http 缓存机制做了一个较完整的剖析：Http 缓存机制实际上是 Http 缓存策略三个要素（纬度）相互作用的集合，所以在分析和设置 Http 报文缓存头时，只要能从中精准的分解出缓存三要素，我们就能非常准确的预判到缓存设置最终能达到的效果。