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【前端】深入浅出缓存原理

news 来源：原创 2024/4/30 6:46:05

缓存的基本原理

对于前端来说，缓存主要分为浏览器缓存（比如 localStorage、sessionStorage、cookie等等）以及http缓存，也是本文主要讲述的。

当然叫法也不一样，比如客户端缓存大概包括浏览器缓存和http缓存

所谓http缓存，顾名思义，是将某一次的响应结果保存在客户端（比如浏览器）中，而后续的请求仅需要从缓存中读取即可，极大的降低了服务器的处理压力。

http缓存的原理如下：

这只是一个简易的原理图，实际情况可能有差异

这里就设计到一个缓存策略的问题，这些问题包括：

哪些资源需要加入到缓存，哪些不需要？
缓存的时间是多久呢？
如果服务器的资源有改动，客户端如何更新缓存呢？
如果缓存过期了，可是服务器上的资源并没有发生变动，又该如何处理呢？
…

要回答这些问题，就必须要清楚http中关于缓存的协议

理解了http的缓存协议，自然就能回答上面的问题了。

来自服务器的缓存指令

当客户端发出一个get请求到服务器，服务器可能有以下的内心活动：「你请求的这个资源，我很少会改动它，干脆你把它缓存起来吧，以后就不要来烦我了」

为了表达这个美好的愿望，服务器在响应头中加入了以下内容：

Cache-Control: max-age=3600
ETag: W/"121-171ca289ebf"
Date: Thu, 30 Apr 2020 12:39:56 GMT
Last-Modified: Thu, 30 Apr 2020 08:16:31 GMT

这个响应头表达了下面的信息：

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）
ETag: W/"121-171ca289ebf"，这个资源的编号是W/"121-171ca289ebf"
Date: Thu, 30 Apr 2020 12:39:56 GMT，我给你响应这个资源的服务器时间是格林威治时间2020-04-30 12:39:56
Last-Modified: Thu, 30 Apr 2020 08:16:31 GMT，这个资源的上一次修改时间是格林威治时间2020-04-30 08:16:31

这个美好的缓存愿望，就这样通过响应头传递给客户端了

如果客户端是其他应用程序，可能并不会理会服务器的愿望，也就是说，可能根本不会缓存任何东西。

但是凑巧客户端是一个浏览器，它和服务器一直以来都是相亲相爱的小伙伴，当它看到服务器的这个响应头表达的美好愿望后，立即忙起来：

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2020-04-30 12:39:56
浏览器记录服务器给予的资源编号W/"121-171ca289ebf"
浏览器记录资源的上一次修改时间是格林威治时间2020-04-30 08:16:31

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各种依据。

来自客户端的缓存指令

当客户端收拾好行李，准备再次请求GET /index.js时，它突然想起了一件事：我需要的东西在不在缓存里呢？

此时，客户端会到缓存中去寻找是否有缓存的资源

寻找的过程如下：

缓存中是否有匹配的请求方法和路径？
如果有，该缓存资源是否还有效呢？

以上两个验证会导致浏览器产生不同的行为

要验证是否有匹配的缓存非常简单，只需要验证当前的请求方法GET和当前的请求路径/index.js是否有对应的缓存存在即可

如果没有，就直接请求服务器，就和第一次请求服务器时一样，这种情况没有什么好讨论的

关键在于验证缓存是否有效

如何验证呢？

非常简单，就是把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。

缓存有效

当浏览器发现缓存有效时，完全不会请求服务器，直接使用缓存即可得到结果

此时，如果你断开网络，会发现资源仍然可用

这种情况会极大的降低服务器压力，但当服务器更改了资源后，浏览器是不知道的，只要缓存有效，它就会直接使用缓存

缓存无效

当浏览器发现缓存已经过期，它并不会简单的把缓存删除，而是抱着一丝希望，想问问服务器，我这个缓存还能继续使用吗？

于是，浏览器向服务器发出了一个带缓存的请求

所谓带缓存的请求，无非就是加入了以下的请求头：

If-Modified-Since: Thu, 30 Apr 2020 08:16:31 GMT
If-None-Match: W/"121-171ca289ebf"

它们表达了下面的信息：

If-Modified-Since: Thu, 30 Apr 2020 08:16:31 GMT，亲，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2020-04-30 08:16:31，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"，亲，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，这两个问题可以合并为一个问题：快说！资源到底变了没有！

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

目前的很多服务器，只要发现If-None-Match存在，就不会去看``If-Modified-Since`

If-Modified-Since是http1.0版本的规范，If-None-Match是http1.1的规范

此时，问题又抛给了服务器，接下来，就是服务器的表演时间了

服务器可能会产生两个情况：

缓存已经失效
缓存仍然有效

如果是第一种情况——缓存已经失效，那么非常简单，服务器再次给予一个正常的响应（响应码200 带响应体），同时可以附带上新的缓存指令，这就回到了上一节——来自服务器的缓存指令

这样一来，客户端就会重新缓存新的内容

但如果服务器觉得缓存仍然有效，它可以通过一种极其简单的方式告诉客户端：

响应码为304 Not Modified
无响应体
响应头带上新的缓存指令，见上一节——来自服务器的缓存指令

这样一来，就相当于告诉客户端：「你的缓存资源仍然可用，我给你一个新的缓存时间，你那边更新一下就可以了」

于是，客户端就继续happy的使用缓存了

这样一来，可以最大程度的减少网络传输，因为如果资源还有效，服务器就不会传输消息体

它们完整的交互过程如下：

细节

上面描述了客户端缓存的基本概念和过程

但其中仍然有不少细节值得我们注意

Cache-Control

在上述的讲解中，Cache-Control是服务器向客户端响应的一个消息头，它提供了一个max-age用于指定缓存时间。

实际上，Cache-Control还可以设置下面一个或多个值：

public：指示服务器资源是公开的。比如有一个页面资源，所有人看到的都是一样的。这个值对于浏览器而言没有什么意义，但可能在某些场景可能有用。本着「我告知，你随意」的原则，http协议中很多时候都是客户端或服务器告诉另一端详细的信息，至于另一端用不用，完全看它自己。
private：指示服务器资源是私有的。比如有一个页面资源，每个用户看到的都不一样。这个值对于浏览器而言没有什么意义，但可能在某些场景可能有用。本着「我告知，你随意」的原则，http协议中很多时候都是客户端或服务器告诉另一端详细的信息，至于另一端用不用，完全看它自己。
no-cache：告知客户端，你可以缓存这个资源，但是不要直接使用它。当你缓存之后，后续的每一次请求都需要附带缓存指令，让服务器告诉你这个资源有没有过期。见：「来自客户端的缓存指令 - 缓存无效」
no-store：告知客户端，不要对这个资源做任何的缓存，之后的每一次请求都按照正常的普通请求进行。若设置了这个值，浏览器将不会对该资源做出任何的缓存处理。
max-age：不再赘述

比如，Cache-Control: public, max-age=3600表示这是一个公开资源，请缓存1个小时。