前言
作为前端开发，我们在web开发的过程中需要调用后端接口，用node搭建服务器或者写一些中间件对数据进行封装处理等等，必不可少地会和http打上交道，所以我们都要掌握http各方面的知识。
说到性能优化问题，一定会提到http缓存，如何利用好http缓存机制，理解http缓存的整个过程和http如何设置缓存，把这些都弄懂后会对我们以后在项目实践中都会有很大帮助。本篇文章将会和大家分享一下笔者对http缓存机制的一些知识整理和总结。
与缓存相关的http头部字段
我们先看看http头部中与缓存相关的一些字段的基本概念和用法。
Pragma
该字段来自http1.0时代，当其设置为no-cache的时候和Cache-Control: no-cache效果一样，意为无缓存，客户端不会读取缓存，直接向服务器发起请求。因为是http1.0留下的遗物，仅为了做向后的兼容。
Expires
该字段也是来自http1.0时代，用于控制缓存时间。例如设置了Thu, 18 Jul 2019 08:43:30 GMT，即告诉浏览器如果没有超过这个时间，将不会向服务器发起请求。
Expires存在两个缺点：
- Expires的值是一个时间值。这就要求了客户端和服务器端需要时间严格同步。否就会导致缓存失效。
- 当Expires定义的时间过期了，服务器需要重新配置一个新的时间。
cache-control
http1.1新增了 Cache-Control 字段，用来定义缓存过期时间，若报文中同时出现了 Pragma、Expires 和 Cache-Control，会以 Cache-Control 为准。（网上也有Pragma优先级高于Cache-Control的说法，但是一般设置了Pragma: no-cache的话也会设置Cache-Control: no-cache的吧-.-）
先看看cache-control的常用设置值
| cache-directive | 描述 |
|---|---|
| no-cache | 不使用缓存，强制向服务器请求资源 |
| no-store | 所有内容都不会被缓存 |
| public | 资源将会被客户端和代理服务器缓存 |
| private | 资源将会被客户端缓存但不会被代理服务器缓存 |
| max-age | 缓存资源的最大时间段 |
| s-maxage | 同上, 依赖public设置, 覆盖max-age, 且只在代理服务器上有效. |
| max-stale | 指定时间内, 即使缓存过时, 资源依然有效 |
| min-fresh | 缓存的资源至少要保持指定时间的新鲜期 |
| must-revalidation / proxy-revalidation | 作用与no-cache类似，强制重新向服务器(或代理)发起验证 |
| only-if-cached | 只从缓存中获取资源，若没有缓存则返回504 |
cache-control字段可以包含以上多个值，但是最终会选择最为保守的方案。
Last-Modified & If-Modified-Since & If-Unmodified-Since
当客户端第一次发起请求时，服务端会返回状态码200以及客户端请求的资源，同时响应头部会带有Last-Modified字段，标记此文件在服务器最后修改的时间。
而下次客户端再次发起请求的时候，请求头部就会带有If-Modified-Since或者If-Unmodified-Since的字段，他们的值是上一次响应头部Last-Modified字段的值，用于校验资源是否过期。
若使用If-Modified-Since则服务端会判断此时间后此文件是否修改过，如果没有修改过则使用缓存资源，返回304，否则将获取资源返回200.
若使用If-Unmodified-Since，则是相反的情况，若资源未修改过则获取资源，否则返回412(Precondition Failed)响应。它常用于两个场景：
- 不安全的请求, 比如说使用post请求更新wiki文档, 文档未修改时才执行更新
- 与 If-Range 字段同时使用时, 可以用来保证新的片段请求来自一个未修改的文档
当遇到下面情况时，If-Unmodified-Since 字段会被忽略：
- Last-Modified值对上了（资源在服务端没有新的修改）
- 服务端需返回2XX和412之外的状态码
- 传来的指定日期不合法
Last-Modified存在的问题
- 服务器端的静态资源通常需要编译打包, 可能出现资源内容没有改变, 而Last-Modified却改变的情况.
- 某些文件修改非常频繁，比如在秒以下的时间内进行修改，If-Modified-Since无法检查到。
- 某些服务器不能精确的得到文件的最后修改时间。
Etag & If-Match & If-None-Match
为了解决以上Last-Modified存在的问题，http1.1还提出另外一个字段——Etag。Etag，实体首部字段，服务器资源的唯一标识符, 客户端可以根据ETag值缓存数据, 节省带宽。因此Etag的优先级高于Last-Modified。
服务器会通过某种算法，给资源计算得出一个唯一标志符（比如md5标志），在把资源响应给客户端的时候，会在实体首部加上“ETag: 唯一标识符”一起返回给客户端。
当再次向服务器发起请求时，请求头部会发送If-Match或者If-None-Match字段，服务器收到请求后则将其与被请求资源的唯一标识进行比对。
If-None-Match，若不同，说明资源又被改动过，则响应整片资源内容，返回状态码200；若相同，说明资源无新修改，则响应HTTP 304，告知浏览器继续使用所保存的cache。
If-Match，若不同，则返回412(Precondition Failed) 状态码给客户端。否则服务器直接忽略该字段。其应用场景是客户端走PUT方法向服务端请求上传/更替资源，这时候可以通过 If-Match 传递资源的ETag。
使用Etag注意两点：
- 如果资源是走分布式服务器（比如CDN）存储的情况，需要这些服务器上计算ETag唯一值的算法保持一致，才不会导致明明同一个文件，在服务器A和服务器B上生成的ETag却不一样。
- 如果 Last-Modified 和 ETag 同时被使用，则要求它们的验证都必须通过才会返回304，若其中某个验证没通过，则服务器会按常规返回资源实体及200状态码。
http缓存策略
做好前期的知识铺垫，马上扔个流程图上来
我们看到图中不同阶段有不同的缓存策略，我们逐一看看。
过期策略（命中强缓存）
过期策略主要是通过Expires和CacheControl来判断缓存是否已经过期，若两者都没有设置的话，则使用浏览器默认的一套‘10%’算法来进行判断，通常会取响应头的Date_value - Last-Modified_value值的10%作为缓存时间。
假如缓存没有过期则不向浏览器发出请求了，但是抓包的时候还是返回200 ok，但是留意了，会有Provisional headers are shown 的提示，说明就是浏览器并未发出请求, 缓存依然有效。
(这坑很大啊，明明没有向浏览器发起请求，还显示200来吓唬人-.-)
这时在Chrome里面会出现200（from disk cache）和200（from memory cache）的情况。官方解释如下：
Chrome employs two caches — an on-disk cache and a very fast in-memory cache. The lifetime of an in-memory cache is attached to the lifetime of a render process, which roughly corresponds to a tab. Requests that are answered from the in-memory cache are invisible to the web request API. If a request handler changes its behavior (for example, the behavior according to which requests are blocked), a simple page refresh might not respect this changed behavior. To make sure the behavior change goes through, call handlerBehaviorChanged() to flush the in-memory cache. But don't do it often; flushing the cache is a very expensive operation. You don't need to call handlerBehaviorChanged() after registering or unregistering an event listener.
意思大概就是Chrome会使用磁盘缓存和内存缓存，内存缓存是直接从内存中读取的，所以速度更快。内部具体的规则还不大了解，估计是根据渲染刷新方式和文件大小决定的。
假如缓存过期了则走下一步协商策略。
协商策略
协商策略是通过Last-Modified和Etag字段向服务器发起验证能否使用缓存资源，若验证通过，则返回304状态码，根据响应头更新缓存，使用缓存资源。
若没有通过校验，则向服务器获取资源，返回200，并将响应内容存进缓存。
存储策略
这没啥好说的，就是将响应内容存入缓存或者根据响应内容更新缓存。
综上，再看回这个流程图，我们梳理一下整个过程。
- 客户端首次发起请求，没有缓存数据，向服务器请求数据，服务器返回数据和缓存规则，并存入缓存。
- 客户端再次发起请求，检测是否有缓存，若有缓存，则检测缓存是否过期，若缓存没有过期，则使用缓存数据。（过期策略）
- 若缓存数据已过期，则向服务器发起校验，验证缓存是否有效，若通过验证，则使用缓存，返回304；反之向服务器发起请求，返回200。（协商策略）
参考文章
浏览器缓存控制
浏览器缓存机制剖析
http缓存浅谈
彻底弄懂HTTP缓存机制及原理
HTTP缓存控制小结
你应该知道的浏览器缓存知识