浏览器强缓存与协商缓存详解以及实践

"我这边把代码更新上服务器了，你那边看一下呢?"
"我这边还有这个问题，你改没改哦?"
"我改了啊，不信你看我代码......噢，可能是浏览器缓存问题， 你F5刷新一下试试，如果不行 就Ctrl + F5强刷一次试下"
"我强刷了一次，这下可以了"
以上对话大家可能会比较熟悉，可能被浏览器的缓存问题困扰了不久，让我们今天就来揭开浏览器缓存的神秘面纱。

一、到底什么是浏览器缓存?

浏览器缓存（Browser Caching）是为了节约网络的资源加速浏览，浏览器在用户磁盘上对最近请求过的文档进行存储，当访问者再次请求这个页面时，浏览器就可以从本地磁盘显示文档，这样就可以加速页面的阅览。

以上是百度百科对于浏览器缓存的定义
可见浏览器缓存目的：为了节约网络的资源加速浏览
而方式是：对请求的文档进行存储
而文档具体就是指：html , js , css , 图片,其他媒体文件等

二、浏览器缓存的规则？

如果对所有请求的资源都进行缓存，那肯定是不行的。所以肯定是需要一套规则来指定什么资源应该存在浏览器中，存多久。而这套规则就是http协议。

浏览器根据该请求返回的响应头（respone header）的内容来决定该资源是否会被缓存，会存多久。

浏览器缓存可以分为两类：

1.彻底缓存（强缓存）

• 定义：彻底缓存就是浏览器直接读取缓存，不发出任何请求，性能提升最大
  

• 会让浏览器执行强缓存的respone header有以下两种：
  1.Cache-Control：max-age=3600;
  2.Expires: Thu, 25 May 2020 12:30:00 GMT;

我们分别来看一下这两个http header

Cache-Control

浏览器缓存里, Cache-Control是金字塔顶尖的规则, 它藐视一切其他设置, 只要其他设置与其抵触, 一律覆盖之.不仅如此, 它还是一个复合规则, 包含多种值, 横跨 存储策略, 过期策略 两种, 同时在请求头和响应头都可设置.

语法为: “Cache-Control : cache-directive”.

上文的max-age=3600即代表该资源会在浏览器缓存3600秒，即1个小时。在获取到该资源后的1小时内，若浏览器再一次请求该资源，将不会发出网络请求，直接读浏览器的缓存中读取。

假设所请求资源于4月5日缓存, 且在4月12日过期.
当max-age 与 max-stale 和 min-fresh 同时使用时, 它们的设置相互之间独立生效, 最为保守的缓存策略总是有效. 这意味着, 如果max-age=10 days, max-stale=2 days, min-fresh=3 days, 那么:

• 根据max-age的设置, 覆盖原缓存周期, 缓存资源将在4月15日失效(5+10=15);

• 根据max-stale的设置, 缓存过期后两天依然有效, 此时响应将返回110(Response is stale)状态码, 缓存资源将在4月14日失效(12+2=14);

• 根据min-fresh的设置, 至少要留有3天的新鲜期, 缓存资源将在4月9日失效(12-3=9);

由于客户端总是采用最保守的缓存策略, 因此, 4月9日后, 对于该资源的请求将重新向服务器发起验证.

Expires

这是 Http/1.0 规定的响应头，它的含义就是代表该资源在未来某个时间点失效，比如：

Expires: Thu, 25 May 2020 12:30:00 GMT

代表该资源在2020年5月25日12点30分（格林威治时间）失效。
Expires有一个很大的弊端，就是它返回的是服务器的时间，但判断的时候用的却是客户端的时间，这就导致Expires很被动，因为用户有可能改变客户端的时间，导致缓存时间判断出错，缓存可能失效。
上面的例子中，我将客户端的时间改成Thu, 25 May 2020 12:31:00 GMT，浏览器 这也是引入Cache-Control:max-age指令的原因之一。
因为Cache-Control:max-age没有依靠客户端的时间，就算客户端时间改变到了本应过期的时间，而实际时间并没有达到过期时间，缓存不会失效。

2.协商缓存

• 定义：协商缓存就是浏览器向服务器发送一个请求，服务器会检查该资源是否有更新，如果有更新，就返回最新的资源，状态码200，如果没有更新，状态码304，不返回资源，浏览器从缓存中读取资源。

协商缓存字段之ETag

服务器可以通过某种自定的算法对资源生成一个唯一的标识(比如md5标识)，然后在浏览器第一次请求某一个URL时把这个标识放到响应头传到浏览器，浏览器会把这个ETag的值存起来，服务器端的返回状态会是200。
就像下面这张图一样。

以后如果浏览器要再发送该请求，会在request header 中加上If-None-Match（具体格式看下图）, 而该请求头的值就是上一次存的ETag的值，用以发送给服务端来验证资源有没有修改。

Get请求中，当且仅当服务器上没有任何资源的ETag属性值与这个首部中列出的相匹配的时候，服务器端会才返回所请求的资源，响应码为200。

如果有资源的ETag值相匹配，那么返回304状态码。浏览器就会从缓存中获取该请求资源，从而达到节省开销加快用户访问速度的目的

协商缓存字段之Last-Modified

当Response Header中没有ETag，Cache-Control，Expires，Pragma这类缓存相关字段，只有Last-Modified，浏览器也会缓存，理论上，应该会在下一次请求中带上If-Modified-Since的请求头，去服务端验证资源是否过期，过期就响应码就为200并返回相应的资源，没过期响应码就是304，浏览器会从缓存中获取资源。
但实际上，各个浏览器对这部分的实现不太相同。
Chrome浏览器对此的缓存机制是，浏览器会有一套算法去判断当前资源是否过期。
如果没有过期的话，直接从缓存中取资源，不会发送请求。
用fiddler可以看到第一次请求了很多JS和css文件，但第二次请求 却没有再请求相关资源了，说明直接从缓存读取。

所以chrome浏览器有自己一套算法（下文会提到该算法）来判断该资源是否过期，如果没过期就直接读取缓存，而过期了才会去服务端验证该资源是否过期。

而FireFox不一样，如果是在上面的情况下缓存了该资源，会直接请求服务器来验证资源是否过期，如下图。

在测试中，我发现在状态码304的情况下，该测试服务器返回了 一个Etag字段，但下次请求，浏览器并未在请求头中加上 If-None-Match字段， 我猜测304状态码下的Etag， 不会触发该字段的缓存机制。

 

大多数浏览器都是像Chrome一样的做法。

Chrome浏览器自己对于Last-Modified的缓存计算如下:

如下资源便采取了启发式缓存算法.

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。计算如下:

const Date_value = new Date('Thu, 06 Apr 2017 01:30:56 GMT').getTime();
const LastModified_value = new Date('Thu, 01 Dec 2016 06:23:23 GMT').getTime();
const cacheTime = (Date_value - LastModified_value) / 10;
const Expires_timestamp = Date_value + cacheTime;
const Expires_value = new Date(Expires_timestamp);
console.log('Expires:', Expires_value); // Expires: Tue Apr 18 2017 23:25:41 GMT+0800 (CST)

可见该资源将于2017年4月18日23点25分41秒过期, 尝试以下两步进行验证:

1. 试着把本地时间修改为2017年4月18日23点25分40秒, 迅速刷新页面, 发现强缓存依然有效(依旧是200 OK (from disk cache)).

2) 然后又修改本地时间为2017年4月18日23点26分40秒(即往后拨1分钟), 刷新页面, 发现缓存已过期, 此时浏览器重新向服务器发起了验证, 且命中了304协商缓存, 如下所示.

可见, 启发式缓存算法采用的缓存时间可长可短, 因此对于常规资源, 建议明确设置缓存时间(如指定max-age 或 expires)

缓存字段之Pragma

http1.0字段, 通常设置为Pragma:no-cache, 作用同Cache-Control:no-cache.该字段通常作为兼容字段出现， 当一个no-cache请求发送给一个不遵循HTTP/1.1的服务器时, 客户端应该包含pragma指令. 为此, 勾选☑️ 上disable cache时或者Ctrl+F5强制刷新时, 浏览器自动带上了pragma字段和Cache-control：no-cache. 如下:

该如何设置缓存才能达到性能最优?

不同的网站应该有不同的缓存策略，应该结合网站的业务来制定适合的缓存策略。
下面简单聊几种情况

对于基于webpack打包构建生成的spa项目

1. index.html 不做缓存，每次请求都获取最新版本

1. 使用 webpack 等 build 后（以文件内容为hash生成文件后缀）的其他所有资源文件（包括 js、css 和图片等），都做强缓存（一个月打底，可以设置一年）
   详情可以查看这篇文章

很久都不会发生变化的静态文件，可以设置长时间的强缓存

比如说jquery的cdn就可以看到设置的强缓存100年- -`

cache-control: max-age=315360000

对于经常发生变化的静态资源，可以设置etag来使用协商缓存

参考：
浏览器缓存机制剖析
Caching best practices & max-age gotchas
best-practices-for-cache-control-settings-for-your-website