彻底理解浏览器的缓存机制
前言
在前端性能优化的方式中，最重要的当然是缓存了，使用好了缓存，对项目有很大的帮助。比如我们访问网页时，使用网页后退功能，会发现加载的非常快，体验感很好，这就是缓存的力量。
什么是缓存呢？
当我们第一次访问网站的时候，电脑会把网站上的图片和数据下载到电脑上，当我们再次访问该网站的时候，网站就会从电脑中直接加载出来，这就是缓存。
缓存有哪些好处？
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缓解服务器压力，不用每次都去请求某些数据了。
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提升性能，打开本地资源肯定会比请求服务器来的快。
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减少带宽消耗，当我们使用缓存时，只会产生很小的网络消耗，至于为什么打开本地资源也会产生网络消耗，下面会有说明。
所谓浏览器缓存其实就是指在本地使用的计算机中开辟一个内存区，同时也开辟一个硬盘区作为数据传输的缓冲区，然后用这个缓冲区来暂时保存用户以前访问过的信息。
浏览器的缓存机制也就是我们说的HTTP缓存机制，其机制是根据HTTP报文的缓存标识进行的。
缓存过程分析
浏览器与服务器通信的方式为应答模式，即是：浏览器发起HTTP请求 – 服务器响应该请求。
那么浏览器第一次向服务器发起该请求后拿到请求结果，会根据响应报文中HTTP头的缓存标识，决定是否缓存结果。
是：则将请求结果和缓存标识存入浏览器缓存中，简单的过程如下图：
由上图我们可以知道：
- 浏览器每次发起请求，都会先在浏览器缓存中查找该请求的结果以及缓存标识；
- 浏览器每次拿到返回的请求结果，都会将该结果和缓存标识存入·浏览器缓存中；
以上两点结论就是浏览器缓存机制的关键，他确保了每个请求的缓存存入与读取，只要我们再理解浏览器缓存的使用规则，那么所有的问题就迎刃而解了，本文也将围绕着这点进行详细分析。
为了方便大家理解，这里我们根据是否需要向服务器重新发起HTTP请求将缓存过程分为两个部分，分别是强制缓存和协商缓存。
强制缓存
强制缓存就是向浏览器缓存查找该请求结果，并根据该结果的缓存规则来决定是否使用该缓存结果的过程。
强制缓存的情况主要有以下三种：
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不存在该缓存结果和缓存标识，强制缓存失效，则直接向服务器发起请求（跟第一次发起请求一致），如下图：
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存在该缓存结果和缓存标识，但该结果已失效，强制缓存失效，则使用协商缓存(暂不分析)，如下图
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存在该缓存结果和缓存标识，且该结果尚未失效，强制缓存生效，直接返回该结果，如下图
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强制缓存的缓存规则是什么？
当浏览器向服务器发起请求时，服务器会将缓存规则放入HTTP响应报文的HTTP头中和请求结果一起返回给浏览器。
控制强制缓存的字段分别是Expires和Cache-Control，其中Cache-Control优先级比Expires高。
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Expires
Expires是HTTP/1.0控制网页缓存的字段，其值为服务器返回该请求结果缓存的到期时间，即再次发起该请求时，如果客户端的时间小于Expires的值时，直接使用缓存结果。
到了HTTP/1.1，Expire已经被Cache-Control替代，原因在于Expires控制缓存的原理是使用客户端的时间与服务端返回的时间做对比，那么如果客户端与服务端的时间因为某些原因（例如时区不同；客户端和服务端有一方的时间不准确）发生误差，那么强制缓存则会直接失效，这样的话强制缓存的存在则毫无意义，那么Cache-Control又是如何控制的呢？
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Cache-Control
在HTTP/1.1中，Cache-Control是最重要的规则，主要用于控制网页缓存，当Cache-Control都存在时，Cache-Control优先级更高，主要取值为：
- public：资源都将被缓存（客户端和服务器都可缓存）；
- private：资源只有客户端可以缓存，Cache-Control的默认取值；
- no-cache：客户端缓存资源，但是是否使用缓存则需要经过协商缓存来验证决定；
- no-store：资源不会被缓存，即不使用强制缓存，也不使用协商缓存；
- max-age=xxx (xxx is numeric)：缓存保质期，缓存内容将在xxx秒后失效；
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示例：
接下来，我们直接看一个例子，如下：
由上面的例子我们可以知道：
- HTTP响应报文中
expires的时间值，是一个绝对值 - HTTP响应报文中
Cache-Control为max-age=600，是相对值
由于Cache-Control的优先级比expires，那么直接根据Cache-Control的值进行缓存，
意思就是说在600秒内再次发起该请求，则会直接使用缓存结果，强制缓存生效。
注：在无法确定客户端的时间是否与服务端的时间同步的情况下，Cache-Control相比于expires是更好的选择，所以同时存在时，只有Cache-Control生效。
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缓存存放位置
上图状态码为灰色的请求则代表使用了强制缓存，请求对应的Size值则代表该缓存存放的位置，分别为 from memory cache 和 from disk cache。
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from memory cache：
使用内存中的缓存；会将编译解析后的文件，直接存入该进程的内存中，占据该进程一定的内存资源，以方便下次运行使用时的快速读取。一旦该进程关闭，则该进程的内存则会清空。 -
from disk cache：
使用硬盘中的缓存；直接将缓存写入硬盘文件中，读取缓存需要对该缓存存放的硬盘文件进行I/O操作，然后重新解析该缓存内容，读取复杂，速度比内存缓存慢。
在浏览器中，浏览器会在js和图片等文件解析执行后直接存入内存缓存中，那么当刷新页面时只需直接从内存缓存中读取(from memory cache)；而css文件则会存入硬盘文件中，所以每次渲染页面都需要从硬盘读取缓存(from disk cache)。
协商缓存
协商缓存就是强制缓存失效后，浏览器携带缓存标识向服务器发起请求，由服务器根据缓存标识决定是否使用缓存的过程。
主要有以下两种情况：
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协商缓存生效，返回304，如下
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协商缓存失效，返回200和请求结果结果，如下
同样，协商缓存的标识也是在响应报文的HTTP头中和请求结果一起返回给浏览器的。
控制协商缓存的字段分别有：Last-Modified / If-Modified-Since和Etag / If-None-Match。
其中Etag / If-None-Match的优先级比Last-Modified / If-Modified-Since高。
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Last-Modified / If-Modified-Since
Last-Modified
是服务器响应请求时，返回该资源文件在服务器最后被修改的时间，如下：
If-Modified-Since
是客户端再次发起该请求时，携带上次请求返回的Last-Modified值，通过此字段值告诉服务器该资源上次请求返回的最后被修改时间。服务器收到该请求，发现请求头含有If-Modified-Since字段，则会根据If-Modified-Since的字段值与该资源在服务器的最后被修改时间做对比，若服务器的资源最后被修改时间大于If-Modified-Since的字段值，则重新返回资源，状态码为200；否则则返回304，代表资源无更新，可继续使用缓存文件，如下：
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Etag / If-None-Match
Etag
是服务器响应请求时，返回当前资源文件的一个唯一标识(由服务器生成)，如下：
If-None-Match
是客户端再次发起该请求时，携带上次请求返回的唯一标识Etag值，通过此字段值告诉服务器该资源上次请求返回的唯一标识值。服务器收到该请求后，发现该请求头中含有If-None-Match，则会根据If-None-Match的字段值与该资源在服务器的Etag值做对比，一致则返回304，代表资源无更新，继续使用缓存文件；不一致则重新返回资源文件，状态码为200，如下：
注：Etag / If-None-Match优先级高于Last-Modified / If-Modified-Since，同时存在则只有Etag / If-None-Match生效。
总结
我们第一次进入页面，请求服务器，然后服务器进行应答，浏览器会根据response Header来判断是否对资源进行缓存，如果响应头中expires或者cache-control字段，代表这是强缓存，浏览器就会把资源缓存在memory cache 或 disk cache中。
第二次请求时，浏览器判断请求参数，如果符合强缓存条件就直接返回状态码200，从本地缓存中拿数据。
否则把响应参数存在request header请求头中，看是否符合协商缓存，符合则返回状态码304，不符合则服务器会返回全新资源。
强制缓存优先于协商缓存进行，若强制缓存(Expires和Cache-Control)生效则直接使用缓存，若不生效则进行协商缓存(Last-Modified / If-Modified-Since和Etag / If-None-Match)，协商缓存由服务器决定是否使用缓存，若协商缓存失效，那么代表该请求的缓存失效，重新获取请求结果，再存入浏览器缓存中；生效则返回304，继续使用缓存，主要过程如下：
- 在 Header 内的字段用于控制缓存机制
- 老方法 Expires，记录的绝对值
- 新方法 Cache-Control 多了一堆选项，记录的时间是相对值
- 获取缓存检测缓存是否过期，如果没过期取缓存，优先从内存，其次硬盘，如果过期，则与服务器协商缓存是否仍然可用，如果不可用则获取，可用取缓存
其他
缓存方案
目前的项目大多使用这种缓存方案的：
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HTML: 协商缓存；
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css、js、图片：强缓存，文件名带上hash。
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强缓存与协商缓存的区别
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强缓存不发请求到服务器，所以有时候资源更新了浏览器还不知道，但是协商缓存会发请求到服务器，所以资源是否更新，服务器肯定知道。
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大部分web服务器都默认开启协商缓存。
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刷新对于强缓存和协商缓存的影响
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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。
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当f5刷新网页时，跳过强缓存，但是会检查协商缓存。
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浏览器地址栏中写入URL，回车 浏览器发现缓存中有这个文件了，不用继续请求了，直接去缓存拿。（最快）