前端需要了解的浏览器缓存知识

前言

作为一个前端开发者，每天都在和浏览器打交道，对于浏览器缓存，相信都不会陌生，同时它也是我们日常开发中存在的一个非常重要的优化手段，无论在节省带宽、提高加载和渲染速度、减少网络阻塞，以及提高用户体验上，都有重要的作用。

为什么需要缓存？

• 减少用户等待时间，提升用户体验，直接从内存或磁盘中取缓存数据肯定是比从服务器请求更快的。
• 减少了冗余的数据传输。
• 减少服务器的负担，大大提升了网站性能。

DNS缓存

这是我们输入网址后，最开始的一个缓存；通常我们输入一个网址，它包含了域名和端口可以指定唯一的IP地址，然后建立连接进行通信，而域名查找IP地址的过程就是DNS解析。

www.baidu.com (域名) - DNS解析 -> 180.76.76.76 (IP地址)

这个过程会对网络请求带来一定的损耗，所以浏览器在第一次获取到IP地址后，会将其缓存起来。下次相同域名再次发起请求时，浏览器会先查找本地缓存，如果缓存有效，则会直接返回该IP地址，否则会继续开始寻址之旅。
关于寻址过程请看我之前的文章 浏览器从输入URL到页面渲染加载的过程（浏览器知识体系整理）

缓存读写顺序

备注：
memory cache =》浏览器本地缓存
disk cache =》 硬盘缓存

1. 先在 浏览器缓存 中查找，如果有，直接加载。

2. 如果 浏览器缓存 中不存在，则在 硬盘 中查找，这里又细分：
   1）如果有强缓存且未失效，则使用强缓存，不请求服务器。
   2）如果有强缓存但已失效，使用协商缓存，比较后确定 304 还是 200；

3. 如果硬盘中也不存在，向服务器发起网络请求

4. 请求获取的资源缓存到硬盘和内存。

下面将从 缓存位置 和 缓存策略 两个角度介绍浏览器缓存。

缓存位置

memory cache（浏览器本地缓存）

是浏览器内存中的缓存，相比于 disk cache 它的特点是读取速度快，但容量小，且时效性短；不受开发者控制，也不受HTTP协议头的约束。一旦浏览器 tab 页关闭，memory cache 就将被清空，再次重新打开相同页面时不再出现from memory cache的情况。

disk cache（硬盘缓存）重点！！！

硬盘缓存取决于HTTP中的响应头信息，它也是浏览器缓存中最重要的内容。因为DNS缓存它主要是做一个ip地址查找并且是自主完成的，memory cache 也是不受控制，算是一个黑盒。所以剩下的可以受我们控制的硬盘缓存的重要性就不言而喻了，大多优化手段也是针对硬盘缓存。

根据 HTTP 响应头的各类字段进行判定资源的缓存规则，比如是否可以缓存，什么时候过期，过期之后是否需要重新发起请求呢？相比于 memory cache 的 disk cache 拥有存储空间时间长等优点。

HTTP所控制下的 disk cache 缓存分为强缓存和协商缓存。

缓存策略 - 强缓存和协商缓存

根据 HTTP header 的字段将缓存分为两个部分，分别是强缓存和协商缓存。

1. 强缓存：使用强缓存策略时，如果缓存资源在过期时间内，是的话直接从本地缓存中读取资源，不与服务器进行通信。
2. 协商缓存：如果强缓存失效后，客户端将向服务器发出请求，进行协商缓存。浏览器携带上一次请求返回的响应头中的 缓存标识 向服务器发起请求（如ETag、Last-Modified等），由服务器判断资源是否更新。如果资源没有更新，则返回状态码 304 Not Modified，告诉浏览器可以使用本地缓存；否则返回新的资源内容。强缓存优先级高于协商缓存，但是协商缓存可以更加灵活地控制缓存的有效性。

强缓存的字段有：Expires 和 Cache-Control。协商缓存的字段有：Last-Modified 和 ETag。

• 当Expires 和 Cache-Control 都被设置的时候，浏览器会优先考虑后者。
• 当 Last-Modified 和 ETag 都被设置的时候，浏览器会优先考虑后者。

1）强缓存

当客户端发出一个请求到服务器，服务器希望你把资源缓存起来，于是在响应头中加入了这些内容：

Cache-Control: max-age=3600  // 我希望你把这个资源缓存起来，缓存时间是3600秒（1小时）
Expires: Mon Oct 17 2023 16:10:32 GMT  // 到达指定时间过期
Date: Mon Oct 16 2023 13:30:30 GMT 
Etag:W/"121-171ca289ebf"，// (后面协商缓存内容)这个资源的编号是W/"121-171ca289ebf"
Last-Modified: Mon Oct 16 2023 09:20:10 GMT ，// (后面协商缓存内容)这个资源的上一次修改时间

Cache-Control和 Expires分别是HTTP/1.1 和 HTTP/1.0的内容，为了兼容 HTTP/1.0 和 HTTP/1.1，实际项目中两个字段我们都会设置。

浏览器收到这个响应之后就会做下面的事情

• 浏览器把这次请求得到的响应体缓存到本地文件中
• 浏览器标记这次请求的请求方法和请求路径
• 浏览器标记这次缓存的时间是3600秒
• 浏览器记录服务器的响应时间是格林威治时间2023-10-16 09:20:10

这一次的记录非常重要，它为以后浏览器要不要去请求服务器提供了依据。

判断缓存是否有效就是通过把 max-age + Date，得到一个过期时间，看看这个过期时间是否大于当前时间，如果是，则表示缓存还没有过期，仍然有效，如果不是，则表示缓存失效。

Expires

Expires 是HTTP/1.0的字段，表示缓存过期时间。Expires 需要在服务端配置（具体配置也根据服务器而定），浏览器会根据该过期日期与客户端时间对比，如果过期时间还没到，则会去缓存中读取该资源，如果已经到期了，则浏览器判断为该资源已经过期需要重新从服务端获取。由于 Expires 是一个绝对时间，所以会局限于客户端时间的准确性，从而可能会出现浏览器判断缓存失效的问题。所以出现了Cache-Control，如下是一个 Expires 示例，是一个日期/时间：

Expires: Mon Oct 17 2023 16:10:32 GMT 

到了HTTP/1.0版本，已更改为通过Cache-Control的max-age来记录了。

Cache-Control

Cache-Control 是 http1.1 时出现的响应头信息，主要通过Cache-Control的max-age来记录。下面是几个比较常用的设置值：

• max-age： 最大缓存时间，它是一个相对时间，值的单位是秒，在该时间内，浏览器不需要向浏览器请求。这个设置解决了 Expires 中由于客户端系统时间不准确而导致缓存失效的问题。
• no-cache： 跳过强缓存，直接进入协商缓存阶段。
• no-store： 禁止使用缓存，每次都要重新请求数据，不会被缓存到内存和硬盘。
• public： 响应可以被任何对象（客户端、代理服务器等）缓存。
• private：响应只能被客户端缓存。

Cache-Control 的值是可以混合使用的，比如：

Cache-Control: private, max-age=0, no-cache

当强缓存失效的时候，则会进入到协商缓存阶段。

2）协商缓存

一旦发现强缓存无效，浏览器会发送一个请求到服务器，服务器根据请求header中的部分信息来判断资源是否更新。如果没有更新，返回304重定向，告诉浏览器资源未更新，可继续使用本地的缓存；否则返回 状态码200 和 新的资源内容，浏览器缓存新的内容。

这里的请求头header，就是加入了

If-Modified-Since: Mon Oct 16 2023 09:20:10 GMT  你好，你曾经告诉我，这个资源的上一次修改时间是格林威治时间2023-10-16 09:20:10，请问这个资源在这个时间之后有发生变动吗？
If-None-Match: W/"121-171ca289ebf"  你好，你曾经告诉我，这个资源的编号是W/"121-171ca289ebf，请问这个资源的编号发生变动了吗？

其实响应头和请求头的对应关系就是 Last-Modify/If-Modify-Since 和 ETag/If-None-Match。

之所以要发两个信息，是为了兼容不同的服务器，因为有些服务器只认If-Modified-Since，有些服务器只认If-None-Match，有些服务器两个都认,但是一般来说 If-None-Match 的优先级高于 If-Modified-Since

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，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资源是否更新。

• 资源未更新，返回304重定向，表示资源未更新可以继续使用缓存中的资源。
• 资源更新，返回200状态码，返回新的资源，并进行硬盘和浏览器缓存。

缺点：如果资源更新的速度是小于 1 秒的，那么该字段将失效，因为 Last-Modified 时间是精确到秒的。所以有了 ETag。

ETag / If-None-Match

与 Last-Modify/If-Modify-Since 不同的是，Etag/If-None-Match 返回的是一个校验码。ETag 可以保证每一个资源是唯一的，资源变化都会导致 ETag 变化。服务器根据浏览器上发送的 If-None-Match 值来判断是否缓存。
与 Last-Modified 不一样的是，当服务器返回 304 Not Modified 的响应时，由于 ETag 重新生成过，response header 中还会把这个 ETag 返回，即使这个 ETag 跟之前的没有变化。

不需要缓存的时候

并不是所有请求都能被缓存，无法被浏览器缓存的请求如下：

• HTTP 信息头中包含 Cache-Control: no-cache ，pragma: no-cache（HTTP1.0），或 Cache-Control: max-age=0 等告诉浏览器不用缓存的请求；
• 需要根据 Cookie、认证信息等决定输入内容的动态请求是不能被缓存的；
• 经过 HTTPS 安全加密的请求；
• POST 请求无法被缓存；
• HTTP 响应头中不包含 Last-Modified/Etag，也不包含 Cache-Control/Expires 的请求无法被缓存；

本文参考
一文读懂浏览器缓存
实践这一次,彻底搞懂浏览器缓存机制
浏览器缓存缓存策略（看完就懂）