2019/01/14 - 从前端的角度理解缓存

[wieve]

缓存的概念分很多种，本次讨论的主要就是前端缓存中的Http缓存。

缓存是怎么回事

前端发送请求主要经历以下三个过程，请求->处理->响应。
如果有多次请求就需要重复执行这个过程。

重复请求的过程

以下是一个重复请求的流程图：

从以上的流程图可以看书，如果用户重复请求同一资源的话，会对服务器资源造成浪费，服务器重复读取资源，发送给浏览器后浏览器重复下载，造成不必要的等待与消耗。

缓存读取的过程

缓存读取就是浏览器在向服务器请求资源之前，先查询一下本地缓存中是否存在需要的资源，如果存在，那便优先从缓存中读取。当缓存不存在或者过期，再向服务器发送请求。

如何开启Http缓存并对缓存进行设置，是本次讨论的关键。

缓存的类型

浏览器有如下常见的几个字段：

1. expires: 设置缓存过期的时间
2. private: 客户端可以缓存
3. public: 客户端和代理服务器都可缓存
4. max-age=xxx: 缓存的内容将在 xxx 秒后失效
5. no-cache: 需要使用对比缓存来验证缓存数据
6. no-store: 所有内容都不会缓存，强制缓存，对比缓存都不会触发
7. last-modified: 内容上次被修改的时间
8. Etag: 文件的特殊标识

强制缓存和协商缓存

缓存方法可以分为强制缓存与协商缓存。

从字面理解，强制缓存的方式简单粗暴，给cache设置了过期时间，超过这个时间之后cache过期需要重新请求。上述字段中的expires与cache-control中的max-age都属于强制缓存。

协商缓存根据一系列条件来判断是否可以使用缓存。

强制缓存优先级高于协商缓存

强制缓存

expires

expires给浏览器设置了一个绝对时间，当浏览器时间超过这个绝对时间之后，重新向服务器发送请求。

Expires: Fri, 04 Jan 2019 12:00:00 GMT

这个方法简单直接，直接设定一个绝对的时间 (当前时间+缓存时间)。但是也存在隐患，例如浏览器当前时间是可以进行更改的，更改之后expires设置的绝对时间相对不准确，cache可能会出现长久不过期或者很快就过期的情况。

cache-control: max-age

为了解决expires存在的问题，Http1.1版本中提出了cache-control: max-age，该字段与expires的缓存思路相同，都是设置了一个过期时间，不同的是max-age设置的是相对缓存时间开始往后多久，因此不存在受日期不准确情况的影响。

但是强制缓存存在一个问题，该缓存方式优先级高，如果在过期时间内缓存的资源在服务器上更新了，客服端不能及时获取最新的资源。

协商缓存

协商缓存解决了无法及时获取更新资源的问题。以下两组字段，都可以对资源做标识，由服务器做分析，如果未进行更新，那返回304状态码，从缓存中读取资源，否则重新请求资源。

last-modify

last-modify告知了客户端上次修改该资源的时间，

Last-Modified: Wed, 02 Jan 2019 03:06:03 GMT

浏览器将这个值记录在if-modify-since中(浏览器自动记录了该字段信息)，下一次请求相同资源时，与服务器返回的last-modify进行比对，如果相等，则表示未修改，响应 304；反之，则表示修改了，响应 200 状态码，并返回数据。

last-modify以秒为单位进行更新，如果小于该单位高频进行更新的话，不适合采用该方法。

ETag

ETag是对资源的特殊标识

Etag: W/"e563df87b65299122770e0a84ada084f"

请求该资源成功之后，将返回的ETag存入if-none-match字段中(浏览器自动记录了该字段信息)，同样在请求资源时传递给服务器，服务器查询该编码对应的资源有无更新，无更新返回304状态，更新返回200并重新请求。

以下有个小例子，查询书籍更新：

当书籍信息查询之后，再次查询，服务器根据资源的ETag查询得知该资源没有进行更新，返回304状态码。

更新返回的数据信息，再次查询，返回200状态码，重新进行请求：

从返回的Request Headers可以看出，再次请求时，浏览器自动发送了If-Modified-Since与If-None-Match两个字段，浏览器根据这两个字段中（If-None-Match 优先级大于 If-Modified-Since）来判断是否修改了资源。

ETag如何计算

ETag是针对某个文件的特殊标识，服务器默认采用SHA256算法生成。也可以采用其他方式，保证编码的唯一性即可。

缓存的优先级

根据上文优缺点的比对，可以得出以下的优先级顺序：

Cache-Control > Expires > ETag > Last-Modified

如果资源需要用到强制缓存，Cache-Control相对更加安全，协商缓存中利用ETag查询更新更加全面。

图片来源:浏览器缓存机制详解

缓存存储在哪

disk cache

disk cache为存储在硬盘中的缓存，存储在硬盘中的资源相对稳定，不会随着tab或浏览器的关闭而消失，可以用来存储大型的，需长久使用的资源。

当硬盘中的资源被加载时，内存中也存储了该资源，当下次改资源被调用时，会优先从memory cache中读取，加快资源的获取。

memory cache

memory cache即存储在内存中的缓存，内存中的内容会随着tab的关闭而释放。

当接口状态返回304时，资源默认存储在memory cache中，当页面关闭后，重新打开需要再次请求。

这两种存储方式的区别可以参考该回答

When you visit a URL in Chrome, the HTML and the other assets(like images) on the page are stored locally in a memory and a disk cache. Chrome will use the memory cache first because it is much faster, but it will also store the page in a disk cache in case you quit your browser or it crashes, because the disk cache is persistent.

当您访问chrome中的URL时，页面上的HTML和其他资产（如图像）将本地存储在内存和磁盘缓存中。Chrome将首先使用内存缓存，因为它的速度快得多，但它也会将页面存储在磁盘缓存中，以防您退出浏览器或它崩溃，因为磁盘缓存是持久的。

为什么有的资源一会from disk cache，一会from memory cache

三级缓存原理

1. 先去内存看，如果有，直接加载
2. 如果内存没有，择取硬盘获取，如果有直接加载
3. 如果硬盘也没有，那么就进行网络请求
4. 加载到的资源缓存到硬盘和内存，下次请求可以快速从内存中获取到

为什么有的请求状态码返回200，有的返回304

200 from memory cache

不访问服务器，直接读缓存，从内存中读取缓存。此时的数据时缓存到内存中的，当关闭进程后，也就是浏览器关闭以后，数据将不存在。

但是这种方式只能缓存派生资源。

200 from disk cache

不访问服务器，直接读缓存，从磁盘中读取缓存，当关闭进程时，数据还是存在。

这种方式也只能缓存派生资源

304 Not Modified

访问服务器，发现数据没有
更新，服务器返回此状态码。然后从缓存中读取数据。

薄荷应用

举一个简单的小🌰，以薄荷的减肥群页面为讨论对象，查看一下资源加载的情况：

这些图片都是从硬盘中读取，因为没有在内存中获取到响应的资源，当我们刷新页面时，这个资源因为从硬盘中读取时，也存储到了内存中，再次获取就是从内存中获取了：

当我们没有关闭页面时，内存中的资源始终存在，重新打开则内存释放。

CDN缓存

CDN边缘节点缓存策略因服务商不同而不同，但一般都会遵循http标准协议，通过http响应头中的Cache-control: max-age的字段来设置CDN边缘节点数据缓存时间。

当客户端向CDN节点请求数据时，CDN节点会判断缓存数据是否过期，若缓存数据并没有过期，则直接将缓存数据返回给客户端；否则，CDN节点就会向源站发出回源请求，从源站拉取最新数据，更新本地缓存，并将最新数据返回给客户端。

如何合理应用缓存

强制缓存优先级最高，并且资源的改动在缓存有效期内都不会对缓存产生影响，因此该方法适用于大型且不易修改的的资源文件，例如第三方CSS、JS文件或图片资源，文件后可以加上hash进行版本的区分。建议将此类大型资源存入disk cache，因为存在硬盘中的文件资源不易丢失。

协商缓存灵活性高，适用于数据的缓存，根据上述方法的对比，采用Etag标识进行对比灵活度最高，并考虑将数据存入内存中，因为内存加载速最快，并且数据体积小，不会占用大量内存资源。

广而告之

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[renyijiu]

如和开启Http缓存并对缓存进行设置，错别字哈

[wusb]

@renyijiu 已修改，多谢大佬提醒。

[paveew]

从以上的流程图可以看书，错别字 report