彻底弄懂HTTP缓存机制及原理

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Http 缓存机制作为 web 性能优化的重要手段,对于从事 Web 开发的同学们来说,应该是知识体系库中的一个基础环节,同时对于有志成为前端架构师的同学来说是必备的知识技能。 但是对于很多前端同学来说,仅仅只是知道浏览器会对请求的静态文件进行缓存,但是为什么被缓存,缓存是怎样生效的,却并不是很清楚。 在此,我会尝试用简单明了的文字,像大家系统的介绍HTTP缓存机制,期望对各位正确的理解前端缓存有所帮助。

在介绍HTTP缓存之前,作为知识铺垫,先简单介绍一下HTTP报文

HTTP报文就是浏览器和服务器间通信时发送及响应的数据块。 浏览器向服务器请求数据,发送请求(request)报文;服务器向浏览器返回数据,返回响应(response)报文。 报文信息主要分为两部分

  1. 包含属性的首部(header)--------------------------附加信息(cookie,缓存信息等)与缓存相关的规则信息,均包含在header中
  2. 包含数据的主体部分(body)-----------------------HTTP请求真正想要传输的部分

缓存规则解析 为方便大家理解,我们认为浏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。

彻底弄懂HTTP缓存机制及原理

HTTP缓存有多种规则,根据是否需要重新向服务器发起请求来分类,我将其分为两大类(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。

已存在缓存数据时,仅基于强制缓存,请求数据的流程如下: 彻底弄懂HTTP缓存机制及原理

已存在缓存数据时,仅基于对比缓存,请求数据的流程如下: 彻底弄懂HTTP缓存机制及原理

对缓存机制不太了解的同学可能会问,基于对比缓存的流程下,不管是否使用缓存,都需要向服务器发送请求,那么还用缓存干什么? 这个问题,我们暂且放下,后文在详细介绍每种缓存规则的时候,会带给大家答案。

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 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。

强制缓存

从上文我们得知,强制缓存,在缓存数据未失效的情况下,可以直接使用缓存数据,那么浏览器是如何判断缓存数据是否失效呢? 我们知道,在没有缓存数据的时候,浏览器向服务器请求数据时,服务器会将数据和缓存规则一并返回,缓存规则信息包含在响应header中。

对于强制缓存来说,响应header中会有两个字段来标明失效规则(Expires/Cache-Control) 使用chrome的开发者工具,可以很明显的看到对于强制缓存生效时,网络请求的情况 彻底弄懂HTTP缓存机制及原理

Expires

Expires的值为服务端返回的到期时间,即下一次请求时,请求时间小于服务端返回的到期时间,直接使用缓存数据。 不过ExpiresHTTP 1.0的东西,现在默认浏览器均默认使用HTTP 1.1,所以它的作用基本忽略。 另一个问题是,到期时间是由服务端生成的,但是客户端时间可能跟服务端时间有误差,这就会导致缓存命中的误差。 所以HTTP 1.1 的版本,使用Cache-Control替代。

Cache-Control

Cache-Control 是最重要的规则。常见的取值有private、public、no-cache、max-age,no-store,默认为private。

private: 客户端可以缓存 public: 客户端和代理服务器都可缓存(前端的同学,可以认为public和private是一样的) max-age=xxx: 缓存的内容将在 xxx 秒后失效 no-cache: 需要使用对比缓存来验证缓存数据(后面介绍) no-store: 所有内容都不会缓存,强制缓存,对比缓存都不会触发(对于前端开发来说,缓存越多越好,so...基本上和它说886) 彻底弄懂HTTP缓存机制及原理 图中Cache-Control仅指定了max-age,所以默认为private,缓存时间为31536000秒(365天) 也就是说,在365天内再次请求这条数据,都会直接获取缓存数据库中的数据,直接使用。

对比缓存

对比缓存,顾名思义,需要进行比较判断是否可以使用缓存。 浏览器第一次请求数据时,服务器会将缓存标识与数据一起返回给客户端,客户端将二者备份至缓存数据库中。 再次请求数据时,客户端将备份的缓存标识发送给服务器,服务器根据缓存标识进行判断,判断成功后,返回304状态码,通知客户端比较成功,可以使用缓存数据。

第一次访问: 彻底弄懂HTTP缓存机制及原理

再次访问: 彻底弄懂HTTP缓存机制及原理 通过两图的对比,我们可以很清楚的发现,在对比缓存生效时,状态码为304,并且报文大小和请求时间大大减少。 原因是,服务端在进行标识比较后,只返回header部分,通过状态码通知客户端使用缓存,不再需要将报文主体部分返回给客户端。

对于对比缓存来说,缓存标识的传递是我们着重需要理解的,它在请求header和响应header间进行传递, 一共分为两种标识传递,接下来,我们分开介绍。

Last-Modified / If-Modified-Since

Last-Modified:

服务器在响应请求时,告诉浏览器资源的最后修改时间。 彻底弄懂HTTP缓存机制及原理

If-Modified-Since:

  • 再次请求服务器时,通过此字段通知服务器上次请求时,服务器返回的资源最后修改时间。
  • 服务器收到请求后发现有头If-Modified-Since 则与被请求资源的最后修改时间进行比对。
  • 若资源的最后修改时间大于If-Modified-Since,说明资源又被改动过,则响应整片资源内容,返回状态码200
  • 若资源的最后修改时间小于或等于If-Modified-Since,说明资源无新修改,则响应HTTP 304,告知浏览器继续使用所保存的cache

彻底弄懂HTTP缓存机制及原理

Etag / If-None-Match(优先级高于Last-Modified / If-Modified-Since)

Etag: 服务器响应请求时,告诉浏览器当前资源在服务器的唯一标识(生成规则由服务器决定)。 彻底弄懂HTTP缓存机制及原理

If-None-Match: 再次请求服务器时,通过此字段通知服务器客户段缓存数据的唯一标识。 服务器收到请求后发现有头If-None-Match 则与被请求资源的唯一标识进行比对, 不同,说明资源又被改动过,则响应整片资源内容,返回状态码200; 相同,说明资源无新修改,则响应HTTP 304,告知浏览器继续使用所保存的cache彻底弄懂HTTP缓存机制及原理

总结

  • 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。

  • 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。

浏览器第一次请求: 彻底弄懂HTTP缓存机制及原理

浏览器再次请求时: 彻底弄懂HTTP缓存机制及原理

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