二.緩存——HTTP權威指南解讀系列

什麼是Web緩存？是能夠自動保存常見資源副本的設備，處於客戶端與服務端之間。當Web請求達到Web緩存時，若是存在資源副本，就從其中而不是從原始服務器中獲取該副本。緩存機制存在如下幾個顯著的優勢：

• 減小冗餘的數據傳輸（服務器屢次傳輸同一份文檔）
• 節約網絡帶寬，資源加載更快（LAN速度比WAN快）
• 下降服務器負載壓力（突發事件、活動頁面網絡擁塞）
• 減小了傳輸延時（距離過長時光速也會出現延遲）

1）緩存的命中：

緩存功能雖然優勢良多，但不能解決全部的問題。其中有兩個主要緣由是：1.資源太多了，不可能一應俱全地去逐一緩存；2.文檔也會變化，致使緩存的不是最新的。由此帶來了緩存的第一個重要問題：1.是否命中了緩存；2.命中的緩存是否足夠新（須要經過再驗證與服務端交互去判斷）。

• 命中
• 未命中
• 再驗證命中（緩慢命中）
• 再驗證未命中

與命中相關的示意圖：

速度排名：命中>再驗證命中>未命中=再驗證未命中。

對於服務端而言，已緩存的文檔A可能會出現3個情形：1.文檔A不變；2.文檔A變化了；2.文檔A被刪除了。當一個帶有緩存驗證相關的請求頭：If-Modified-Since的get類型的http請求達到服務端時，會相應地出現如下3個情形：

• 再驗證命中：從緩存讀取文檔A，返回304 Not Modified
• 再驗證未命中：由服務端讀取文檔A，返回200 OK
• 對象刪除：返回404 Not Found

命中率 2個衡量指標

• 文檔命中率——緩存服務的請求與總請求的比值，40%是比較合理的；
• 字節命中率——緩存提供的字節數與總傳輸的字節數的比值

細心的讀者會發現，緩存命中和緩存再驗證命中的響應碼都是200 OK，那麼如何區分響應究竟是緩存仍是原始服務器返回的呢？HTTP的以下兩個首部能夠提供線索：

• Via——添加額外的信息說明緩存發送的狀況
• Date\Age——Date < 當前時間，則來自緩存

2）緩存分類：

按照拓撲結構：

• 私有緩存
• 共有代理緩存

代理緩存的層級結構：

介紹了其它的結構：網狀緩存及其內容路由功能，此外還有HTTP不支持的對等（兄弟）緩存

3）web緩存工做機制

流程圖：

關鍵點：

1.新鮮度檢測
緩存能夠將服務端的文檔副本保留一段時間，在這段時間裏認爲文檔是新鮮的，緩存能夠直接返回文檔給客戶端。一旦副本停留在緩存上的時間超過了限值，在提供文檔以前，緩存就必須先與服務器進行一次確認，查看文檔是否發生了變化。經過如下兩個首部，服務器能夠向每一個文檔添加一個過時日期，在特定範圍內，能夠認爲文檔是新鮮的。

• Expires ：HTTP 1.0+提供，取絕對時間
• Cache-Control:max-age: HTTP 1.1提供，取相對時間（推薦）

2.再驗證方法

一旦新鮮度檢測發現緩存的文檔再也不新鮮，則緩存須要與服務器進行確認的過程被稱爲再驗證過程，HTTP提供了以下幾個驗證首部：

• If-Modified-Since/Last-Modified
• If-None-Match/Etag

帶有 If-Modified-Since 首部的請求被稱爲IMS請求，表示只有自某日期以後資源發生了變化，纔會指示服務器執行請求。這被稱爲條件方法，條件爲假，服務器不返回文檔主體，狀態碼304；條件爲真，返回服務端文檔，並攜帶新首部和過時時間，狀態碼200。

帶有If-None-Match首部的請求稱爲實體標籤再驗證請求，解決了一些場景下僅僅經過最後的修改時間判斷緩存是否發生變動不許確或者不支持的問題。好比：更新時間變了內容可能不變、一些內容的變動可有可無、不提供最後的修改時間、實時性要求高的場景以秒爲單位不夠精準。實體標籤是加到文檔上的引用字符串，當服務器上的文檔變動，就能夠修改這個標籤來講明存在新的版本。

另外，值得說明的是，當以上兩個再驗證首部同時存在時，只有條件都知足時，纔會返回304響應。

4）緩存控制

服務端能夠經過給響應附加以下首部來控制文檔的緩存存活時間。(按優先級排序)

• Pragma:no-store —— 爲了向下兼容

• Cache-Control:no-store —— 禁止緩存對服務端響應進行復制，緩存將轉發no-store響應，並刪除緩存對象；
• Cache-Control:no-cache —— 告訴緩存在未與服務器進行再驗證以前，禁止向請求方提供緩存，此時緩存仍是能夠保存副本的；
• Cache-Control:must-revalidate —— 告訴緩存能夠提供一些過時的緩存，只是須要再次和服務器驗證以後才能提供；
• Cache-Control:max-age —— 表示自服務器將文檔傳遞到緩存之時算起，多少秒以內可認爲此文檔是不是新鮮的
• Expires —— 同上，這個這裏是一個絕對時間（依賴時鐘同步，故不推薦使用）

5）與緩存相關的HTTP首部彙總

age  —— 響應首部 告訴接收端響應以及產生了多久了

Cache-Control —— 通用首部 緩存控制相關一系列

Date ——通用首部 表示請求或者響應報文建立的時間

Expires —— 實體首部 表示響應失效的時間

Etag —— 實體首部 用於標識資源

If-Modified-Since/If-Unmodified-Since —— 請求首部 條件方法

IF-Match/If-None-Match ——請求首部 也是條件方法，用實體標記來判斷而不是日期

If-Range ——請求首部 也是條件方法，用於某個範圍的條件匹配

Last-Modified——實體首部 提供了實體最近一次的修改相關信息

Pragma —— 用於隨報文一塊兒傳遞指令，雖然普遍應用，但不是全部的程序都支持，一般與no-cache一塊兒使用，等價於Cache-Control的no-cache

Via —— 通用首部 用於報文在通過代理和網關時，對報文進行跟蹤

補充閱讀：

瀏覽器緩存機制相關：

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www.infoq.cn/article/8VU…

zhuanlan.zhihu.com/p/93357692