从需求看HTTP缓存

前端经常会被问HTTP缓存，那么HTTP缓存的发展了解多少呢？为什么会出现各种不同的缓存字段？本篇文章会从缓存的类型开始，逐一说明缓存相关的HTTP字段，相信读完会对以上的问题有所了解。注意，以下讲解只针对HTTP缓存的情况。

缓存分强缓存与协商缓存两种，简单来讲的话，强缓存期间请求不会到达服务器，即在缓存有效期内命中缓存，浏览器会使用本地缓存；协商缓存是在没有命中缓存或强缓存失效的情况下，与服务器进行协商来决定返回的请求资源。大概的流程如下：

简略的请求流程

看完上图，从整体上我们了解了HTTP请求的流程，那么这里又引出一些问题，如何知道强缓存的存在？依赖什么条件来确定本地是否有效呢？要解答这些问题，就得知道两个HTTP响应头字段Expires与Cache-Control。
在HTTP/1.0规范中，响应头字段有一个Expires字段，用于表示当前资源过期的时间。该字段描述的是一个绝对时间，由服务器返回，客户端本地只要超过这个时间则缓存失效。
示例Expires: Sun, 24 May 2020 07:41:19 GMT。
Expires是最初的缓存控制字段，为它开始web应用减少了很多不必要的带宽浪费，可以指定一些不常更新的文件形成缓存。但开发者们很快发现了新的问题，Expires依赖客户端的时间进行判断，客户端修改了时间会影响缓存的有效性，这在某些情况下会比较致命，比如一个重要文件，理应在今天过期，但由于客户端时间修改成了去年，造成了缓存没有刷新，这就会很尴尬。为了解决这个问题，在HTTP/1.1中加入了Cache-Control字段来控制缓存，以满足更多的需求，配置如下。需要注意的是，该字段优先级高于Expires。

• public 可以被所有用户缓存，这里包括浏览器、代理服务器、CDN等。
• private 只能被浏览器缓存，不允许被其它如代理服务器缓存。
• no-store 不缓存
• no-cache 先缓存本地，但命中缓存后必须与服务器验证资源新鲜度才能使用。这里注意，不要被名字误导成不缓存了。
• max-age 用相对时间来表示缓存有效期，表示缓存将在XX秒后失效。示例Cache-Control: max-age=315360000
  
  Cache-Control设置

如果在缓存有效期内命中缓存，则使用强缓存，但是，如果命中缓存时缓存失效了怎么办？这个时候就要进入协商缓存流程了。进入协商缓存的条件不单是缓存失效，还包含以下三种情况：

• 第一次请求服务器，返回的响应头中没有Cache-Control与Expires
• Cache-Control:max-age与Expires导致的缓存失效
• Cache-Control: no-cache

当存在以上三种情况时，第二次请求服务器就会进入协商缓存流程。协商缓存过程也涉及了HTTP状态码的改变，当请求发现服务器存在缓存或且缓存没有更新时，更新缓存时间并返回304 Not Modified；如果缓存失效，则服务器会把最新资源的完整版返回给浏览器，状态码为200 OK。看到这里大概就已经明白了协商缓存的过程，但细想一下还有一些没有说清楚的地方，服务器是如何校验缓存的新鲜度的呢？

Last-Modified/If-Modified-Since

当浏览器首次请求服务器资源时，服务器会将请求资源的最新修改时间Last-Modified: Tue, 07 Apr 2020 06:24:10 GMT通过响应头部返回给浏览器，浏览器在下次发起同一资源请求时会带上该信息，通过在请求头部设置If-Modified-Since: Tue, 07 Apr 2020 06:24:10 GMT，服务器会比对Last-Modified/If-Modified-Since如果服务器的资源有更新，则将最新的资源返回给浏览器，并更新响应头中的Last-Modified值，此时响应状态码为200 OK；如果服务器资源没有更新（两者时间一致），浏览器直接使用缓存即可，此时响应状态码为304 Not Modified。

ETag/If-None-Match/If-Match

理论上通过比对资源的最新更新时间即可判断缓存是否有效，但实际操作中还是会遇到问题，比如资源文件在一秒内多次修改、资源经过编辑但没有发生实质内容修改的情况，这些问题表明以Last-Modified来判断还不够精确，我们需要引入ETag字段。大体流程上ETag与Last-Modified的校验差不多，区别在于ETag不使用文件修改时间，而是使用文件内容摘要算出来的hash值进行判断，只要资源实质发生修改就会刷新hash值。服务器通过响应头中的ETag告知浏览器文件缓存信息，那么浏览器是如何把ETag的信息发送给服务器的呢？有以下两种形式：

• If-None-Match: ETag value：通知服务器，如果没有匹配上，则需要重新发送资源；如果匹配上则直接返回304 Not Modified。一般浏览器使用该字段来回传ETag值。
• If-Match: ETag value：通知服务器，如果没有匹配上ETag，或当前ETag: *但没有资源实体，则返回412 Precondition Failed；如果匹配上了，则服务器不做任何处理。

采用分布式服务器（如CDN）时，需要保证各服务器上的ETag算法一致，才不会出现A服务器与B服务器同一文件不同ETag值的出现。

Pragma

在整理资料的时候还发现了这个字段，该字段是HTTP/1.0的遗留之物，按辈分讲与Expires平齐。该字段用来定义是否需要缓存，可选值只有Pragma: no-cache，这个就可以按照字面意义理解成不进行缓存，即每次都会请求服务器的资源。优先级来讲Pragma > Cache-Control > Expires，当然，现代规范还是推荐使用Cache-Control的。