前言
Http 緩存機(jī)制作為 web 性能優(yōu)化的重要手段,對于從事 Web 開發(fā)的同學(xué)們來說,應(yīng)該是知識體系庫中的一個(gè)基礎(chǔ)環(huán)節(jié),同時(shí)對于有志成為前端架構(gòu)師的同學(xué)來說是必備的知識技能。
但是對于很多前端同學(xué)來說,僅僅只是知道瀏覽器會對請求的靜態(tài)文件進(jìn)行緩存,但是為什么被緩存,緩存是怎樣生效的,卻并不是很清楚。
在此,我會嘗試用簡單明了的文字,向大家系統(tǒng)的介紹HTTP緩存機(jī)制,期望對各位正確的理解前端緩存有所幫助。
在介紹HTTP緩存之前,作為知識鋪墊,先簡單介紹一下HTTP報(bào)文
HTTP報(bào)文就是瀏覽器和服務(wù)器間通信時(shí)發(fā)送及響應(yīng)的數(shù)據(jù)塊。
瀏覽器向服務(wù)器請求數(shù)據(jù),發(fā)送請求(request)報(bào)文;服務(wù)器向?yàn)g覽器返回?cái)?shù)據(jù),返回響應(yīng)(response)報(bào)文。
報(bào)文信息主要分為兩部分
1.包含屬性的首部(header)--------------------------附加信息(cookie,緩存信息等)與緩存相關(guān)的規(guī)則信息,均包含在header中
2.包含數(shù)據(jù)的主體部分(body)-----------------------HTTP請求真正想要傳輸?shù)牟糠?/p>
緩存規(guī)則解析
為方便大家理解,我們認(rèn)為瀏覽器存在一個(gè)緩存數(shù)據(jù)庫,用于存儲緩存信息。
在客戶端第一次請求數(shù)據(jù)時(shí),此時(shí)緩存數(shù)據(jù)庫中沒有對應(yīng)的緩存數(shù)據(jù),需要請求服務(wù)器,服務(wù)器返回后,將數(shù)據(jù)存儲至緩存數(shù)據(jù)庫中。
HTTP緩存有多種規(guī)則,根據(jù)是否需要重新向服務(wù)器發(fā)起請求來分類,我將其分為兩大類(強(qiáng)制緩存,對比緩存)
在詳細(xì)介紹這兩種規(guī)則之前,先通過時(shí)序圖的方式,讓大家對這兩種規(guī)則有個(gè)簡單了解。
已存在緩存數(shù)據(jù)時(shí),僅基于強(qiáng)制緩存,請求數(shù)據(jù)的流程如下
已存在緩存數(shù)據(jù)時(shí),僅基于對比緩存,請求數(shù)據(jù)的流程如下
對緩存機(jī)制不太了解的同學(xué)可能會問,基于對比緩存的流程下,不管是否使用緩存,都需要向服務(wù)器發(fā)送請求,那么還用緩存干什么?
這個(gè)問題,我們暫且放下,后文在詳細(xì)介紹每種緩存規(guī)則的時(shí)候,會帶給大家答案。
我們可以看到兩類緩存規(guī)則的不同,強(qiáng)制緩存如果生效,不需要再和服務(wù)器發(fā)生交互,而對比緩存不管是否生效,都需要與服務(wù)端發(fā)生交互。
兩類緩存規(guī)則可以同時(shí)存在,強(qiáng)制緩存優(yōu)先級高于對比緩存,也就是說,當(dāng)執(zhí)行強(qiáng)制緩存的規(guī)則時(shí),如果緩存生效,直接使用緩存,不再執(zhí)行對比緩存規(guī)則。
強(qiáng)制緩存
從上文我們得知,強(qiáng)制緩存,在緩存數(shù)據(jù)未失效的情況下,可以直接使用緩存數(shù)據(jù),那么瀏覽器是如何判斷緩存數(shù)據(jù)是否失效呢?
我們知道,在沒有緩存數(shù)據(jù)的時(shí)候,瀏覽器向服務(wù)器請求數(shù)據(jù)時(shí),服務(wù)器會將數(shù)據(jù)和緩存規(guī)則一并返回,緩存規(guī)則信息包含在響應(yīng)header中。
對于強(qiáng)制緩存來說,響應(yīng)header中會有兩個(gè)字段來標(biāo)明失效規(guī)則(Expires/Cache-Control)
使用chrome的開發(fā)者工具,可以很明顯地看到對于強(qiáng)制緩存生效時(shí),網(wǎng)絡(luò)請求的情況
Expires
Expires的值為服務(wù)端返回的到期時(shí)間,即下一次請求時(shí),請求時(shí)間小于服務(wù)端返回的到期時(shí)間,直接使用緩存數(shù)據(jù)。
不過Expires 是HTTP 1.0的東西,現(xiàn)在默認(rèn)瀏覽器均默認(rèn)使用HTTP 1.1,所以它的作用基本忽略。
另一個(gè)問題是,到期時(shí)間是由服務(wù)端生成的,但是客戶端時(shí)間可能跟服務(wù)端時(shí)間有誤差,這就會導(dǎo)致緩存命中的誤差。
所以HTTP 1.1 的版本,使用Cache-Control替代。
Cache-Control
Cache-Control 是最重要的規(guī)則。常見的取值有private、public、no-cache、max-age,no-store,默認(rèn)為private。
private: 客戶端可以緩存 public: 客戶端和代理服務(wù)器都可緩存(前端的同學(xué),可以認(rèn)為public和private是一樣的) max-age=xxx: 緩存的內(nèi)容將在 xxx 秒后失效 no-cache: 需要使用對比緩存來驗(yàn)證緩存數(shù)據(jù)(后面介紹) no-store: 所有內(nèi)容都不會緩存,強(qiáng)制緩存,對比緩存都不會觸發(fā)(對于前端開發(fā)來說,緩存越多越好,so...基本上和它說886)
圖中Cache-Control僅指定了max-age,所以默認(rèn)為private,緩存時(shí)間為31536000秒(365天)
也就是說,在365天內(nèi)再次請求這條數(shù)據(jù),都會直接獲取緩存數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù),直接使用。
對比緩存
對比緩存,顧名思義,需要進(jìn)行比較判斷是否可以使用緩存。
瀏覽器第一次請求數(shù)據(jù)時(shí),服務(wù)器會將緩存標(biāo)識與數(shù)據(jù)一起返回給客戶端,客戶端將二者備份至緩存數(shù)據(jù)庫中。
再次請求數(shù)據(jù)時(shí),客戶端將備份的緩存標(biāo)識發(fā)送給服務(wù)器,服務(wù)器根據(jù)緩存標(biāo)識進(jìn)行判斷,判斷成功后,返回304狀態(tài)碼,通知客戶端比較成功,可以使用緩存數(shù)據(jù)。
第一次訪問:
再次訪問:
通過兩圖的對比,我們可以很清楚的發(fā)現(xiàn),在對比緩存生效時(shí),狀態(tài)碼為304,并且報(bào)文大小和請求時(shí)間大大減少。
原因是,服務(wù)端在進(jìn)行標(biāo)識比較后,只返回header部分,通過狀態(tài)碼通知客戶端使用緩存,不再需要將報(bào)文主體部分返回給客戶端。
對于對比緩存來說,緩存標(biāo)識的傳遞是我們著重需要理解的,它在請求header和響應(yīng)header間進(jìn)行傳遞,
一共分為兩種標(biāo)識傳遞,接下來,我們分開介紹。
Last-Modified / If-Modified-Since
Last-Modified:
服務(wù)器在響應(yīng)請求時(shí),告訴瀏覽器資源的最后修改時(shí)間。
If-Modified-Since:
再次請求服務(wù)器時(shí),通過此字段通知服務(wù)器上次請求時(shí),服務(wù)器返回的資源最后修改時(shí)間。
服務(wù)器收到請求后發(fā)現(xiàn)有頭If-Modified-Since 則與被請求資源的最后修改時(shí)間進(jìn)行比對。
若資源的最后修改時(shí)間大于If-Modified-Since,說明資源又被改動過,則響應(yīng)整片資源內(nèi)容,返回狀態(tài)碼200;
若資源的最后修改時(shí)間小于或等于If-Modified-Since,說明資源無新修改,則響應(yīng)HTTP 304,告知瀏覽器繼續(xù)使用所保存的cache。
Etag / If-None-Match(優(yōu)先級高于Last-Modified / If-Modified-Since)
Etag:
服務(wù)器響應(yīng)請求時(shí),告訴瀏覽器當(dāng)前資源在服務(wù)器的唯一標(biāo)識(生成規(guī)則由服務(wù)器決定)。
If-None-Match:
再次請求服務(wù)器時(shí),通過此字段通知服務(wù)器客戶段緩存數(shù)據(jù)的唯一標(biāo)識。
服務(wù)器收到請求后發(fā)現(xiàn)有頭If-None-Match 則與被請求資源的唯一標(biāo)識進(jìn)行比對,
不同,說明資源又被改動過,則響應(yīng)整片資源內(nèi)容,返回狀態(tài)碼200;
相同,說明資源無新修改,則響應(yīng)HTTP 304,告知瀏覽器繼續(xù)使用所保存的cache。
總結(jié)
對于強(qiáng)制緩存,服務(wù)器通知瀏覽器一個(gè)緩存時(shí)間,在緩存時(shí)間內(nèi),下次請求,直接用緩存,不在時(shí)間內(nèi),執(zhí)行比較緩存策略。
對于比較緩存,將緩存信息中的Etag和Last-Modified通過請求發(fā)送給服務(wù)器,由服務(wù)器校驗(yàn),返回304狀態(tài)碼時(shí),瀏覽器直接使用緩存。
瀏覽器第一次請求:
瀏覽器再次請求時(shí):
哪些請求不能被緩存?
HTTP信息頭中包含Cache-Control:no-cache,pragma:no-cache,或Cache-Control:max-age=0等告訴瀏覽器不用緩存的請求
需要根據(jù)Cookie,認(rèn)證信息等決定輸入內(nèi)容的動態(tài)請求是不能被緩存的
經(jīng)過HTTPS安全加密的請求(有人也經(jīng)過測試發(fā)現(xiàn),ie其實(shí)在頭部加入Cache-Control:max-age信息,firefox在頭部加入Cache-Control:Public之后,能夠?qū)TTPS的資源進(jìn)行緩存。
POST請求無法被緩存
HTTP響應(yīng)頭中不包含Last-Modified/Etag,也不包含Cache-Control/Expires的請求無法被緩存
說了這么多,有哪些應(yīng)用呢
同一個(gè)資源保證URL的穩(wěn)定性。URL 是瀏覽器緩存機(jī)制的基礎(chǔ),所以如果一個(gè)資源需要在多個(gè)地方被引用,盡量保證 URL 是固定的。同時(shí),比較推薦使用公共類庫,比如 Google Ajax Library 等,有利于最大限度使用緩存
給css、js、圖片等資源增加HTTP緩存頭,并強(qiáng)制入口html不被緩存。對于不經(jīng)常修改的靜態(tài)資源,比如 Css,js,圖片等,可以設(shè)置一個(gè)較長的過期的時(shí)間,或者至少加上 Last-Modified/Etag,而對于 html 頁面這種入口文件,不建議設(shè)置緩存。這樣既能保證在靜態(tài)資源不變了情況下,可以不重發(fā)請求或直接通過 304 避免重復(fù)下載,又能保證在資源有更新的,只要通過給資源增加時(shí)間戳或者更換路徑,就能讓用戶訪問最新的資源
減少對Cookie的依賴。過多的使用 Cookie 會大大增加 HTTP 請求的負(fù)擔(dān),每次 GET 或 POST 請求,都會把 Cookie 都帶上,增加網(wǎng)絡(luò)傳輸流量,導(dǎo)致增長交互時(shí)間;同時(shí) Cache 是很難被緩存的,應(yīng)該盡量少使用,或者這在動態(tài)頁面上使用。
減少對HTTPS加密協(xié)議的使用。通過 HTTPS 請求的資源,默認(rèn)是不會被緩存的,必須通過特殊的配置,才能讓資源得到緩存。建議只對涉及敏感信息的請求使用 HTTPS 傳輸,其他類似 Css,Js,圖片這些靜態(tài)資源,盡量避免使用。
多用Get方式請求動態(tài)Cgi。雖然 POST 的請求方式比 Get 更安全,可以避免類似密碼這種敏感信息在網(wǎng)絡(luò)傳輸,被代理或其他人截獲,但是 Get 請求方式更快,效率更高,而且能被緩存,建議對于那些不涉及敏感信息提交的請求盡量使用 Get 方式請求
動態(tài)CGI也是可以被緩存。如果動態(tài)腳本或 CGI 輸入的內(nèi)容在一定的時(shí)間范圍內(nèi)是固定的,或者根據(jù) GET 參數(shù)相同,輸入的內(nèi)容相同,我們也認(rèn)為請求是可以被緩存的,有以下幾種方式,可以達(dá)到這個(gè)效果:
讓動態(tài)腳本定期將內(nèi)容改變時(shí)導(dǎo)出成靜態(tài)文件,Web 直接訪問帶有 Last-Modified/Etag 的靜態(tài)文件。
開發(fā)者可以通過代碼給動態(tài)腳本的響應(yīng)頭中添加 Cache-Control: max-age,告訴瀏覽器在過期前可以直接使用副本。
通過代碼給動態(tài)腳本的響應(yīng)頭添加 Last-Modified/Etag 信息,瀏覽器再次請求的時(shí)候,可以通過解析 If-Modified-Since/If-None-Match 得知瀏覽器是否存在緩存,由代碼邏輯控制是否返回 304。
說了這么多,如何給站點(diǎn)增加緩存機(jī)制
HTTP 請求/響應(yīng)頭中緩存報(bào)頭對有效利用站點(diǎn)緩存,作為一個(gè) Web 前端開發(fā)者,我要做什么呢?答案是:啥都不用做。不過要去推動 Web 運(yùn)營人員、Web 后端開發(fā)人員分別給服務(wù)器和動態(tài)腳本 CGI 增加合適的緩存報(bào)頭。
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