HTTP缓存机制及原理

HTTP缓存机制(200还是304)

从输入 URL 到展现涉及哪些缓存环节

[译] 写给大家看的 Cache-Control 指令配置

node实战前端缓存总结

深入现代浏览器的HTTP缓存机制

强制缓存(200)和协商缓存(304)

缓存规则及解析

为方便大家理解,我假设览器存在一个缓存数据库,用于存储缓存信息。在客户端第一次请求数据时,此时缓存数据库中没有对应的缓存数据,需要请求服务器,服务器返回后,将数据存储至缓存数据库中。如下流程图所示:


根据是否需要重新向服务器发起请求来分类,将HTTP缓存规则分为两大类(强制缓存,对比缓存)在详细介绍这两种规则之前,先通过时序图的方式,让大家对这两种规则有个简单了解。

(1)已存在缓存数据时,仅基于强制缓存,请求数据的流程如下所示:


(2)已存在缓存数据时,仅基于对比缓存,请求数据的流程如下所示:


我们可以看到两类缓存规则的不同,强制缓存如果生效,不需要再和服务器发生交互,而对比缓存不管是否生效,都需要与服务端发生交互。

两类缓存规则可以同时存在,强制缓存优先级高于对比缓存,也就是说,当执行强制缓存的规则时,如果缓存生效,直接使用缓存,不再执行对比缓存规则。

缓存常用字段

1、http1.0时期的缓存方案


注意:

(1)如果使用了Pragma: 'no-cache'的话,再设置Expires或者Cache-Control,就没有用了,说明Pragma的权值比后两者高。

(2)如果设置了Expires之后,客户端在需要请求数据的时候,首先会对比当前系统时间和这个Expires时间,如果没有超过Expires时间,则直接读取本地磁盘中的缓存数据,不发送请求。

2、http1.1 时期的缓存方案

2.1、Cache-Control 字段

2.1.1、Cache-Control 作为请求头字段


(1)Cache-Control: no-cache

使用no-cache指令的目的是为了防止从缓存中返回过期的资源。 客户端发送的请求中如果包含 no-cache 指令,则表示客户端将不会接收缓存的资源。每次请求都是从服务器获取资源,返回304。

(2)Cache-Control: no-store

使用no-store 指令表示请求的资源不会被缓存,下次任何其它请求获取该资源,还是会从服务器获取,返回 200,即资源本身。

2.1.2、Cache-Control 作为响应头字段


Cache-Control: public

当指定使用 public指令时,则明确表明其他用户也可利用缓存。

Cache-Control: private

当指定 private 指令后,响应只以特定的用户作为对象,这与 public 指令的行为相反。 缓存服务器会对该特定用户提供资源缓存的服务,对于其他用户发送 过来的请求,代理服务器则不会返回缓存。

Cache-Control: no-cache

如果服务器返回的响应中包含no-cache指令,每次客户端请求,必需先向服务器确认其有效性,如果资源没有更改,则返回304.

Cache-Control: no-store

不对响应的资源进行缓存,即用户下次请求还是返回 200,返回资源本身。

Cache-Control: max-age=604800(单位:秒)

资源缓存在本地浏览器的时间,如果超过该时间,则重新向服务器获取。

2.2、请求头部字段 & 响应头部字段

2.2.1、请求头部字段


2.2.2、响应头部字段


注意:

(1)If-None-Match的优先级比If-Modified-Since高,所以两者同时存在时,遵从前者。

实验验证

1、实验1 — 请求的资源没修改,验证2种缓存出现的情形

服务端使用node.js , 客户端使用 axios进行请求:

1.1、请求头部 / 响应头部 设置

(1)服务端响应头部设置:

res.setHeader('Cache-Control', 'public, max-age=10');

(2)客户端请求头部使用默认设置

1.2、实验步骤

(1)请求 3 次,第一次请求请求资源;第二次在10秒内再次请求该资源,第三次在 10 秒后再次请求该资源(实验过程中,服务端的资源没有进行改变)

1.3、实验结果

3次请求的 HTTP 信息如下图所示,从图中的信息可以得出,第一次请求该资源是从服务器获取;第二次(10 秒内)请求该资源是直接从浏览器缓存中获取该资源(没有向服务器确认);第三次(10 秒后)请求该资源时,因为资源缓存时间(10 秒)过期,所以向服务器获取资源,服务器判断该资源与本地缓存的资源没有做更改,所以返回 304,让客户端直接从浏览器缓存中获取该资源;以下,根据 HTTP 头部信息详细介绍三个操作的交互过程。


1.3.1、第一次请求资源

第一次请求资源的请求头部和响应头部的截图如下所示,因为第一次请求该资源,本地并没有缓存,所以直接从服务器获取该资源;我们从截图可以看到,服务器返回改资源的响应头部中包含3个属性与资源缓存相关:

(1)cache-control: public, max-age=10

缓存规则的设置,我们这个示例中,设置缓存规则为 public, 并且设置缓存过期时间为10秒;

(2)etag: W/"95f15b-16994d7ebf6"

资源的唯一标识符,客户端下次访问该资源时,会在请求头中携带 etag 去向服务器确认,该资源是否被修改;

(3)last-modified: Tue, 19 Mar 2019 07:26:12 GMT

资源最后一次修改时间,客户端下次访问该资源时,会在请求头中携带该信息去向服务器进行匹配,该资源是否被修改;


1.3.2、第二次请求资源(10秒内,即在缓存时间失效前)

第二次请求资源的请求头部和响应头部的截图如下所示,因为第二次请求该资源,该资源本地缓存还没失效,所以就直接从浏览器缓存中获取该资源。


1.3.3、第三次请求资源(10秒后,即在缓存时间失效后)

第三次请求资源的请求头部和响应头部的截图如下所示,因为第三次请求该资源,该资源本地缓存已经失效,所以在请求头部中加入If-Modified-SinceIf-None-Match属性,来向服务器进行确认该资源是否有被更改。


2、实验2 — 请求的资源进行修改,验证2种缓存出现的情形

服务端使用node.js, 客户端使用 axios进行请求:

2.1、请求头部 / 响应头部 设置

(1)服务端响应头部设置:

res.setHeader('Cache-Control', 'public, max-age=20');

(2)客户端请求头部使用默认设置

2.2、实验步骤

(1)请求 3 次,第一次请求资源;然后在服务器对请求的资源进行修改,第二次在 20 秒内再次请求该资源,第三次在 20 秒后再次请求该资源

2.3、实验结果

3 次请求的 HTTP 信息如下图所示,从图中的信息可以得出,第一次请求该资源是从服务器获取;第二次(20 秒内)请求该资源是直接从浏览器缓存中获取该资源(没有向服务器确认);第三次(20 秒后)请求该资源时,因为资源缓存时间(20 秒)过期,所以向服务器获取资源,服务器判断该资源与本地缓存的资源不同,所以重新返回该资源;以下,根据 HTTP 头部信息详细介绍三个操作的交互过程。


2.3.1、第一次请求资源

第一次请求资源的请求头部和响应头部的截图如下所示,具体详细信息与 1.3.1 小节相同,在此不同重复介绍。


2.3.2、第二次请求资源(20 秒内,即在缓存时间失效前)

第二次请求资源的请求头部和响应头部的截图如下所示,(注意:即使此时服务器上的资源已经更改,但是由于缓存在浏览器中的资源没有过期,所以还是从缓存中返回旧资源)。


2.3.3、第三次请求资源(20 秒后,即在缓存时间失效后)

第三次请求资源的请求头部和响应头部的截图如下所示,因为第三次请求该资源,该资源本地缓存已经失效,所以在请求头部中加入If-Modified-SinceIf-None-Match属性,来向服务器进行确认该资源是否有被更改,从下图中可以看到,响应头部的属性 etag与 请求头部的属性If-None-Match 不同,响应头部的属性If-Modified-Since与 请求头部的属性 last-modified不同;所以服务器返回该资源的最新资源。

总结

1、对于强制缓存,服务器通知浏览器一个缓存时间,在缓存时间内,下次请求,直接用缓存,不在时间内,执行比较缓存策略。

2、对于比较缓存,将缓存信息中的Etag和Last-Modified通过请求发送给服务器,由服务器校验,返回304状态码时,浏览器直接使用缓存。

总结流程图如下所示: