HTTP緩存機制和原理

前言

Http 緩存機制做爲 web 性能優化的重要手段，對於從事 Web 開發的同窗們來講，應該是知識體系庫中的一個基礎環節，同時對於有志成爲前端架構師的同窗來講是必備的知識技能。
可是對於不少前端同窗來講，僅僅只是知道瀏覽器會對請求的靜態文件進行緩存，可是爲何被緩存，緩存是怎樣生效的，卻並非很清楚。
在此，我會嘗試用簡單明瞭的文字，像你們系統的介紹HTTP緩存機制，指望對各位正確的理解前端緩存有所幫助。

在介紹HTTP緩存以前，做爲知識鋪墊，先簡單介紹一下HTTP報文

HTTP報文就是瀏覽器和服務器間通訊時發送及響應的數據塊。
瀏覽器向服務器請求數據，發送請求(request)報文；服務器向瀏覽器返回數據，返回響應(response)報文。
報文信息主要分爲兩部分
1.包含屬性的首部(header)--------------------------附加信息（cookie，緩存信息等）與緩存相關的規則信息，均包含在header中
2.包含數據的主體部分(body)-----------------------HTTP請求真正想要傳輸的部分

緩存規則解析

爲方便你們理解，咱們認爲瀏覽器存在一個緩存數據庫,用於存儲緩存信息。
在客戶端第一次請求數據時，此時緩存數據庫中沒有對應的緩存數據，須要請求服務器，服務器返回後，將數據存儲至緩存數據庫中。

 

 

HTTP緩存有多種規則，根據是否須要從新向服務器發起請求來分類，我將其分爲兩大類(強制緩存，對比緩存)
在詳細介紹這兩種規則以前，先經過時序圖的方式，讓你們對這兩種規則有個簡單瞭解。


已存在緩存數據時，僅基於強制緩存，請求數據的流程以下


已存在緩存數據時，僅基於對比緩存，請求數據的流程以下

對緩存機制不太瞭解的同窗可能會問，基於對比緩存的流程下，不論是否使用緩存，都須要向服務器發送請求，那麼還用緩存幹什麼？
這個問題，咱們暫且放下，後文在詳細介紹每種緩存規則的時候，會帶給你們答案。

咱們能夠看到兩類緩存規則的不一樣，強制緩存若是生效，不須要再和服務器發生交互，而對比緩存不論是否生效，都須要與服務端發生交互。
兩類緩存規則能夠同時存在，強制緩存優先級高於對比緩存，也就是說，當執行強制緩存的規則時，若是緩存生效，直接使用緩存，再也不執行對比緩存規則。

強制緩存

從上文咱們得知，強制緩存，在緩存數據未失效的狀況下，能夠直接使用緩存數據，那麼瀏覽器是如何判斷緩存數據是否失效呢？
咱們知道，在沒有緩存數據的時候，瀏覽器向服務器請求數據時，服務器會將數據和緩存規則一併返回，緩存規則信息包含在響應header中。

對於強制緩存來講，響應header中會有兩個字段來標明失效規則（Expires/Cache-Control）
使用chrome的開發者工具，能夠很明顯的看到對於強制緩存生效時，網絡請求的狀況


Expires
　　Expires的值爲服務端返回的到期時間，即下一次請求時，請求時間小於服務端返回的到期時間，直接使用緩存數據。
不過Expires 是HTTP 1.0的東西，如今默認瀏覽器均默認使用HTTP 1.1，因此它的做用基本忽略。
另外一個問題是，到期時間是由服務端生成的，可是客戶端時間可能跟服務端時間有偏差，這就會致使緩存命中的偏差。
因此HTTP 1.1 的版本，使用Cache-Control替代。

Cache-Control
Cache-Control 是最重要的規則。常見的取值有private、public、no-cache、max-age，no-store，默認爲private。
private:             客戶端能夠緩存
public:              客戶端和代理服務器均可緩存（前端的同窗，能夠認爲public和private是同樣的）
max-age=xxx:   緩存的內容將在 xxx 秒後失效
no-cache:          須要使用對比緩存來驗證緩存數據（後面介紹）
no-store:           全部內容都不會緩存，強制緩存，對比緩存都不會觸發（對於前端開發來講，緩存越多越好，so...基本上和它說886）

舉個板栗

圖中Cache-Control僅指定了max-age，因此默認爲private，緩存時間爲31536000秒（365天）
也就是說，在365天內再次請求這條數據，都會直接獲取緩存數據庫中的數據，直接使用。

對比緩存

對比緩存，顧名思義，須要進行比較判斷是否可使用緩存。
瀏覽器第一次請求數據時，服務器會將緩存標識與數據一塊兒返回給客戶端，客戶端將兩者備份至緩存數據庫中。
再次請求數據時，客戶端將備份的緩存標識發送給服務器，服務器根據緩存標識進行判斷，判斷成功後，返回304狀態碼，通知客戶端比較成功，可使用緩存數據。

第一次訪問：

再次訪問：

經過兩圖的對比，咱們能夠很清楚的發現，在對比緩存生效時，狀態碼爲304，而且報文大小和請求時間大大減小。
緣由是，服務端在進行標識比較後，只返回header部分，經過狀態碼通知客戶端使用緩存，再也不須要將報文主體部分返回給客戶端。

對於對比緩存來講，緩存標識的傳遞是咱們着重須要理解的，它在請求header和響應header間進行傳遞，
一共分爲兩種標識傳遞，接下來，咱們分開介紹。

Last-Modified  /  If-Modified-Since
Last-Modified：
服務器在響應請求時，告訴瀏覽器資源的最後修改時間。

If-Modified-Since：
再次請求服務器時，經過此字段通知服務器上次請求時，服務器返回的資源最後修改時間。
服務器收到請求後發現有頭If-Modified-Since 則與被請求資源的最後修改時間進行比對。
若資源的最後修改時間大於If-Modified-Since，說明資源又被改動過，則響應整片資源內容，返回狀態碼200；
若資源的最後修改時間小於或等於If-Modified-Since，說明資源無新修改，則響應HTTP 304，告知瀏覽器繼續使用所保存的cache。



Etag  /  If-None-Match（優先級高於Last-Modified  /  If-Modified-Since）
Etag：
服務器響應請求時，告訴瀏覽器當前資源在服務器的惟一標識（生成規則由服務器決定）。


If-None-Match：
再次請求服務器時，經過此字段通知服務器客戶段緩存數據的惟一標識。
服務器收到請求後發現有頭If-None-Match 則與被請求資源的惟一標識進行比對，
不一樣，說明資源又被改動過，則響應整片資源內容，返回狀態碼200；
相同，說明資源無新修改，則響應HTTP 304，告知瀏覽器繼續使用所保存的cache。


總結
對於強制緩存，服務器通知瀏覽器一個緩存時間，在緩存時間內，下次請求，直接用緩存，不在時間內，執行比較緩存策略。
對於比較緩存，將緩存信息中的Etag和Last-Modified經過請求發送給服務器，由服務器校驗，返回304狀態碼時，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：

文中若是出現錯誤，但願小夥伴們能夠諒解，更但願能夠給予指正