http的緩存機制

http的緩存機制

前言

瞭解http的緩存機制有利於提升網站的性能，減小服務器的壓力，加速響應客戶端的請求。

 

什麼是http的緩存？

httpd的緩存是在瀏覽器和web服務器或web代理服務器之間進行的。當客戶端發送請求時，若是本地的瀏覽器緩存有「副本」（即請求的數據）的話，且副本在有效時間內的話，那麼數據將直接從瀏覽器緩存中返回，這樣，就不須要到後端原始服務器上進行加載了，從而達到減小網絡帶寬、提升web服務器性能的目的。

 

http的緩存一般指的是瀏覽區緩存、代理緩存和web cache緩存。一般這些機制均可以用來緩存服務器響應的數據。固然有些數據是不能緩存的，好比客戶端的私有信息，如cookie信息就不能緩存。一般這須要取決於你的緩存策略。當客戶端發起請求時，首先會到本地瀏覽器緩存中查找是否有該web資源的副本（即請求的數據），若是有，且在有效期內的話，則直接返回給客戶端，若是沒有則向代理服務器或web cache服務器發起請求，若是有且是有效的話，則直接返回給客戶端。若是有，可是過時的話，那麼就須要向原始服務器發起新鮮度驗證，以驗證該web資源是否被更新過。若是，這些緩存機制中都沒有的話，那麼直接有原始服務器（或者稱爲後端服務器）進行響應，而後根據響應的內容，來決定是否須要對這些數據進行緩存。這就是http的緩存機制。所以，緩存具備以下好處：

緩存的好處

1、減小了網絡出口帶寬

2、若是緩存中有請求的web資源，且是有效的話，則直接構建響應報文並響應給客戶端。這些請求就不須要交給後端的服務器進行處理了，從而減小了服務器的壓力，提升了web服務器的性能。

3、能夠減小網絡傳輸延遲，加速響應客戶度的請求。以提升客戶端體驗。

 

 

公共緩存和私有緩存

公共緩存：即數據能夠共享給多個用戶

私有緩存：緩存的數據只能被本身使用（如cookie信息就不能緩存在公共緩存上）。好比瀏覽器一般緩存的是用戶的私有信息。

緩存機制處理的幾個步驟：

一、接受請求

二、解析請求，因爲具有解析的功能，所以該緩存具有代理的功能

三、查詢該緩存上是否有該請求的web資源的副本

四、若是有，則須要檢驗該web資源的新鮮度，確保該web資源是否被更改過。若是沒有，則直接有後端服務器進行響應，並肯定是否將該數據緩存在該緩存上，而後在響應給客戶端。

五、若是該緩存有緩存而且是有效的話，則直接構建響應報文

六、該緩存將響應報文返回給客戶端

七、將此過程記錄到日誌中

緩存資源的新鮮度檢測

緩存資源的新鮮度檢測用來檢測該資源是不是最早的。緩存資源的新鮮度檢測有二種方式：

1、根據資源的過時時間進行檢測

一、在http 1.0協議中，經過原始服務器返回的響應首部Expires來肯定該資源是不是最新的。這個時間是一個絕對時間。

當客戶端第一次請求時，因爲緩存中沒有該資源的副本，所以，會將請求交給後端原始服務器進行處理。當原始服務器響應該數據時，則會返回一個響應首部Expires:date。好比：Expires:30 May 2015,表示該資源能夠被緩存到2015年5月30號。該資源被緩存，最後再響應給客戶端。當客戶端下一次在請求相同的資源時，因爲該緩存上有該資源的副本，從而須要對該資源的副本進行新鮮度驗證。若是請求的時間是在這個時間內的話，那麼表示該資源沒有過時，則直接有該緩存機制直接構建響應報文直接響應給客戶端，並返回304狀態碼。若是請求的時間已經超過了該時間，表示該資源已通過期，須要該緩存向後端的原始服務器發起請求。後端原始服務器接受請求後，即便後端服務器沒有對該資源作任何修改，仍然會響應最新數據，且響應時返回Expires:date的首部，以告知該資源新的過時時間，當緩存機制緩存該資源時，會覆蓋原來舊的資源(無論返回的資源是否被修改，緩存機制都會將舊資源覆蓋掉)，並最終響應給客戶端，並返回200的狀態碼。

若是客戶端的時間與緩存機制的時間不一樣步的話，那麼會致使緩存資源極可能是過時的。所以，這種方式並非可靠

二、在http 1.1協議中，經過原始服務器返回的響應報文首部Cache-Control:max-age來肯定該資源是不是最新的。這個時間是一個相對時間。

當客戶端第一次請求時，因爲緩存中沒有該資源的副本，所以，會將請求交給後端原始服務器進行處理。當原始服務器響應該數據時，會返回一個響應首部cache-control:max-age。好比Cache-Control:max-age=3600，表示該資源能夠緩存一個小時。該資源會被緩存，最後再響應給客戶端。當客戶端下一次在請求相同的資源時，因爲該緩存上有該資源的副本，從而須要對該資源的副本進行新鮮度驗證。若是請求的資源是在這一小時內進行的話，那麼表示緩存是有效的，緩存機制直接將緩存上的資源構建響應報文並返回給客戶端。並返回304的狀態碼。若是請求的資源不是在這一小時內進行的話，表示該資源時過時的。而後該緩存機制向後端的原始服務器發起請求，後端的原始服務器接受請求並對其響應，無論該資源是否被修改過，後端原始服務器仍然會響應最新數據。且返回一個cache-control：max-age=N，表示該資源能夠緩存N時間。當緩存機制緩存該資源時，會覆蓋原來舊的資源(無論返回的資源是否被修改，緩存機制都會將舊資源覆蓋掉)，並最終響應給客戶端，並返回200的狀態碼。

2、根據條件式請求來進行新鮮度檢測

條件式請求首部有2個：If-Modified-Since和If-None-Match

If-Modified-Since請求首部是根據請求資源的最近一次的修改時間來判斷資源是不是最新的。

當客戶端第一次請求時，因爲緩存中沒有該資源的副本，所以，會將請求交給後端原始服務器進行處理。後端原始服務器響應時，緩存機制會將該資源緩存起來，而後在響應給客戶端。當客戶端下次請求相同資源時。緩存機制會在請求首部添加一個If-Modified-Since:date首部，告訴原始服務器在這個時間後(這裏指的是date這個時間)後，該資源是否被更新過，若是原始服務器沒有更改該資源，則響應304狀態碼給緩存機制，這樣緩存機制就會將緩存上的資源構建響應報文並返回給客戶端，響應給客戶端的狀態碼爲200。若是該資源被更該過，則響應200狀態碼，並將最新數據返回給緩存機制，且響應首部中包含一個Last-Modified首部，以告知該資源最近一次被修改的時間。最終緩存機制將其緩存下來並返回給客戶端，響應給客戶端的狀態碼爲200。

If-Modified-Since請求首部是根據請求資源的Etag標籤來判斷該資源是不是最新的。只要資源沒有被改變，則Etag標籤就不會改變。一旦資源改變了，則Etag標籤就會發生改變。

當客戶端第一次請求時，因爲緩存中沒有該資源的副本，所以，會將請求交給後端原始服務器進行處理。後端原始服務器響應時，緩存機制會將該資源緩存起來，而後在響應給客戶端。當客戶端下次請求相同資源時。緩存機制會在請求首部添加一個If-None-Match首部，當後端服務器接受請求時會將If-None-Match的值與本地資源的Etag值進行比較，若是相同則表示該資源沒有被改變，仍然是最新的，則後端原始服務器返回304狀態碼。而後緩存機制將緩存上的資源構建響應報文並返回給客戶端，響應給客戶端的狀態碼爲200。若是If-None-Match的值與後端原始服務器資源的Etag值不同，則表示該資源被更新了，則後端原始服務器響應最新數據和該資源最新的Etag給緩存機制，響應狀態碼爲200。最後在將資源響應給客戶端，狀態碼爲200。

那麼是基於時間的條件式請求精確些仍是基於Etag標籤的條件式請求精確些？

其實後者經過對比ETag首部來判斷緩存數據的新鮮度比前者經過數據的最近一次修改時間判斷緩存數據的新鮮度更加的精確。爲何呢？這是由於前者經過數據的最近一次時間來判斷緩存數據的新鮮度，它所可以精確的時間範圍僅僅到秒而已。也就是說，當後端原始服務器上的數據修改在秒之內完成的話，則這種判斷方式將會致使錯誤。這樣，緩存機制上的緩存的數據和後端原始服務器上的數據將會不一致。而經過對比ETag首部則不同，一旦原始服務器上的數據發生改變，則ETag值也必定會發生改變。因此後者很好了解決了前者的漏洞，比前者判斷的更加精確。

小結

根據資源的過時時間來判斷資源是不是最新的，你會發現，只有資源是過時的，那麼就後端原始服務器就必須響應最新數據給緩存機制（無論後端原始服務器上的資源是否改變，都會返回資源）。有時候緩存上的資源雖然是過時的，可是後端原始服務器並無對這些資源作任何修改，所以該資源仍然是最新的，因此，在這種狀況下，後端原始服務器就不須要再次發送該資源了。從而能夠避免一些相同數據的重複傳輸。

而條件式請求首部雖然能夠避免相同數據的重複傳輸，可是每次請求時，緩存機制都會作條件式請求，所以，這種請求方式也會消耗一些時間，所以兩種方式好像都並非那麼完美。所以，常見新鮮度檢測的方式就是將這兩種方式結合起來一次來使用。

過時時間和條件式請求的結合使用

當客戶端第一次請求時，因爲緩存中沒有該資源的副本，所以，會將請求交給後端原始服務器進行處理。當原始服務器響應該數據時，會返回一個響應首部cache-control:max-age。好比Cache-Control:max-age=3600，表示該資源能夠緩存一個小時。該資源會被緩存，最後再響應給客戶端。當客戶端下一次在請求相同的資源時，因爲該緩存上有該資源的副本，從而須要對該資源的副本進行新鮮度驗證。若是請求的資源是在這一小時內進行的話，那麼表示緩存是有效的，緩存機制直接將緩存上的資源構建響應報文並返回給客戶端。並返回304的狀態碼。

若是請求的時間已經超過了該時間，表示該資源已通過期，則緩存機制將會發起條件式請求，好比會在請求首部加上If-None-Match:abcd首部，後端服務器接受請求後，將請求首部中的If-None-Match首部中的值abcd與後端服務器上該資源的Etag值進行對比。若是Etag值同樣表示該資源沒有被修改，資源仍然是最新的，則後端原始服務器返回304狀態碼給緩存機制，並返回Cache-Control：max-age=N首部給緩存機制，表示該資源能夠緩存N這麼長的時間。而後緩存機制將從緩存上的資源構建響應報文給客戶端，響應狀態碼爲200。若是Etag值不同，表示數據被修改過，則後端原始服務器將會將最新資源和該資源的Etag值響應給緩存機制，並最終響應給客戶端，狀態碼爲200。

說明：一旦作了新鮮度檢測（即請求達到了原始服務器），其響應客戶端成功的狀態碼爲200。無論資源是否被更新過。

當兩種方式集合起來一塊兒使用時，其http的請求流程圖以下：

客戶端第一次請求流程以下：

 

客戶端下次請求流程爲：

 

http的相關緩存首部參數

在緩存服務器或原始服務器定義的首部

1、Expires：用來定義web對象的過時日期或時間，一般爲GMT格式。Expires是http 1.0的東西，如今瀏覽器默認使用的是http 1.1，全部它的做用基本忽略。不過Expires有一個缺點就是它的過時時間使用的是絕對時間，若是客戶端和服務器時間不一樣步（或跨時區），則會致使偏差。在http 1.1中使用Cache-Control:max-age替代了。

2、Cache-Control：這是全部的緩存機制必須遵照的緩存指示。它有許多子命令，分別以下：

      public：該響應能夠緩存在瀏覽器或web代理或web緩存服務器中，該緩存做爲公共緩存，能夠在多個用戶之間共享。這也是默認的緩存機制。

      private：該響應做爲private緩存，只能緩存在瀏覽器中，不能緩存在web代理或web緩存服務器等公共緩存上。如用戶的cookie信息、登錄時使用的用戶名和密碼等都只能緩存在private緩存上，所以只能緩存在瀏覽器這樣的private緩存上，不能緩存在公共緩存上。如cdn。

      no-cache:表示該響應能夠緩存，在使用該緩存對象時，必須先作新鮮度驗證。

      no-store:表示該響應不能緩存，一般這些數據是一些敏感數據。

      max-age:定義緩存的有效時長。它比Expires的優先級高，也就是說max-age設定的時間會忽略Expires中設定的時間。max-age設定的是一個相對時間，好比:max-age=3600,表示該資源能夠緩存1個小時。若是web對象過時了，則緩存服務器必須向後端服務器新鮮度確認。

      s-maxage:這是用來定義公共緩存，而max-age是用來定義私有緩存的。若是該參數不存在，則取決於max-age。

      must-revalidate：若是緩衝對象過時，必須發送到服務器端從新進行新鮮度驗證。

3、Etag：響應首部，用於在響應報文中爲某web資源定義版本標識符；該版本標識符必須是惟一的，一旦該響應報文的數據發生改變，則Etag值也會發生改變。它能夠用來驗證緩存資源是否被更新過。當緩存服務器發起條件式請求時，會在請求報文中添加一個請求首部If-None-Match:value，該value就是原始服務器響應的Etag值。當原始服務器接受該請求時時，會對比請求首部中的Etag值與本地資源的Etag值是否一致，從而判斷原始服務器上的資源是否被更新過。

4、Last-Modified：響應首部，用於通知緩存服務器或客戶端其請求的資源最近一次的修改時間。該響應首部也能夠用來判斷請求的資源是否被更新過。當緩存服務器發起條件式請求時，會在請求報文中添加一個請求首部If-Modified-Since:date，這個date時間就是當時原始服務器返回的響應首部中Last-Modified的值，當原始服務器接受請求時，會對比本地資源的最一次修改時間和該date值，從而判斷該資源是否被更新過。

5、If-Modified-Since：條件式請求首部，若是在此請求首部指定的時間後其請求的web資源發生了更改，則服務器響應更改後的內容，不然，則響應304(not modified)。

6、If-None-Match：條件式請求首部，web服務器會爲某web資源定義一個ETag首部，，並將其返回給緩存服務器，緩存服務器會將該首部保存在本地。當下一次請求時，緩存服務器會攜帶該請求首部，原始服務器端收到後，對比該請求報文中的ETag和服務器端的本地資源的ETag是否同樣，若是同樣，表示緩存沒有更新，則返回304(not modified)；不然，將返回服務器端最新的數據給原始服務器。

7、Vary：響應首部，請求消息和響應消息在客戶端與服務器端之間所通過的代理或網關。

8、Age：緩存服務器能夠發送的一個額外的響應首部，用於指定響應的有效期限；瀏覽器一般根據此首部決定內容的緩存時長；若是響應報文首部還使用了max-age指令，那麼緩存的有效時長爲「max-age減去Age」的結果；

與客戶端相關的緩存首部

cache-control：

    max-stale：告知緩存機制可使用過時的緩存資源。

    no-cache：告知緩存機制必須對請求的資源作新鮮度驗證，不會接受任何緩存資源。

    no-store：告知緩存機制必須儘快刪除緩存中的資源。