前端也要懂Http缓存机制

时间  2019-11-17
标签 前端 http 缓存 机制 栏目 HTTP/TCP 繁體版
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  最近在看面试题的时候总会看到有一些关于Http缓存的题目，可是老是只知其一;不知其二，不甚理解；尤为是Http头信息中有一大堆的字段，什么if-modified-since，什么if-none-match，真是使人头疼。后来忽然想到，要是能经过本身构建一个服务器，本身添加头信息，而后看实现的效果，不就更好了么。说干就干，在网上各类找资料，而后再使用expressjs添加各类头信息，就可以很好的理解Http缓存了。javascript

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Http简介

  浏览器和服务器之间通讯是经过HTTP协议，HTTP协议永远都是客户端发起请求，服务器回送响应。模型以下：java

http-modal

  HTTP报文就是浏览器和服务器间通讯时发送及响应的数据块。浏览器向服务器请求数据，发送请求(request)报文；服务器向浏览器返回数据，返回响应(response)报文。报文信息主要分为两部分：git

  1. 报文头部：一些附加信息（cookie，缓存信息等），与缓存相关的规则信息，均包含在头部中
  2. 数据主体部分：HTTP请求真正想要传输的数据内容

  本文用到的一些报文头以下：github

字段名称 字段所属
Pragma 通用头
Expires 响应头
Cache-Control 通用头
Last-Modified 响应头
If-Modified-Sice 请求头
ETag 响应头
If-None-Match 请求头

Http缓存的分类

  Http缓存能够分为两大类，强制缓存（也称强缓存）和协商缓存。两类缓存规则不一样，强制缓存在缓存数据未失效的状况下，不须要再和服务器发生交互；而协商缓存，顾名思义，须要进行比较判断是否可使用缓存。web

  两类缓存规则能够同时存在，强制缓存优先级高于协商缓存，也就是说，当执行强制缓存的规则时，若是缓存生效，直接使用缓存，再也不执行协商缓存规则。面试

原始模型

  咱们先简单搭建一个Express的服务器，不加任何缓存信息头。express

const express = require('express');
const app = express();
const port = 8080;
const fs = require('fs');
const path = require('path');

app.get('/',(req,res) => {
    res.send(`<!DOCTYPE html> <html lang="en"> <head> <title>Document</title> </head> <body> Http Cache Demo <script src="/demo.js"></script> </body> </html>`)
})

app.get('/demo.js',(req, res)=>{
    let jsPath = path.resolve(__dirname,'./static/js/demo.js');
    let cont = fs.readFileSync(jsPath);
    res.end(cont)
})

app.listen(port,()=>{
    console.log(`listen on ${port}`)    
})
复制代码

  咱们能够看到请求结果以下：浏览器

no-cache

  请求过程以下：缓存

  • 浏览器请求静态资源demo.js
  • 服务器读取磁盘文件demo.js，返给浏览器
  • 浏览器再次请求，服务器又从新读取磁盘文件 a.js，返给浏览器。
  • 循环请求。。

  看得出来这种请求方式的流量与请求次数有关，同时，缺点也很明显：

  • 浪费用户流量
  • 浪费服务器资源，服务器要读磁盘文件，而后发送文件到浏览器
  • 浏览器要等待js下载而且执行后才能渲染页面，影响用户体验

  接下来咱们开始在头信息中添加缓存信息。

1、强制缓存

  强制缓存分为两种状况，Expires和Cache-Control。

Expires

  Expires的值是服务器告诉浏览器的缓存过时时间（值为GMT时间，即格林尼治时间），即下一次请求时，若是浏览器端的当前时间尚未到达过时时间，则直接使用缓存数据。下面经过咱们的Express服务器来设置一下Expires响应头信息。

//其余代码...
const moment = require('moment');

app.get('/demo.js',(req, res)=>{
    let jsPath = path.resolve(__dirname,'./static/js/demo.js');
    let cont = fs.readFileSync(jsPath);
    res.setHeader('Expires', getGLNZ()) //2分钟
    res.end(cont)
})

function getGLNZ(){
    return moment().utc().add(2,'m').format('ddd, DD MMM YYYY HH:mm:ss')+' GMT';
}
//其余代码...
复制代码

  咱们在demo.js中添加了一个Expires响应头，不过因为是格林尼治时间，因此经过momentjs转换一下。第一次请求的时候仍是会向服务器发起请求，同时会把过时时间和文件一块儿返回给咱们；可是当咱们刷新的时候，才是见证奇迹的时刻：

expires-cache

  能够看出文件是直接从缓存（memory cache）中读取的，并无发起请求。咱们在这边设置过时时间为两分钟，两分钟事后能够刷新一下页面看到浏览器再次发送请求了。

  虽然这种方式添加了缓存控制，节省流量，可是仍是有如下几个问题的：

  • 因为浏览器时间和服务器时间不一样步，若是浏览器设置了一个很后的时间，过时时间一直没有用
  • 缓存过时后，无论文件有没有发生变化，服务器都会再次读取文件返回给浏览器

  不过Expires 是HTTP 1.0的东西，如今默认浏览器均默认使用HTTP 1.1，因此它的做用基本忽略。

Cache-Control

  针对浏览器和服务器时间不一样步，加入了新的缓存方案；此次服务器不是直接告诉浏览器过时时间，而是告诉一个相对时间Cache-Control=10秒，意思是10秒内，直接使用浏览器缓存。

app.get('/demo.js',(req, res)=>{
    let jsPath = path.resolve(__dirname,'./static/js/demo.js');
    let cont = fs.readFileSync(jsPath);
    res.setHeader('Cache-Control', 'public,max-age=120') //2分钟
    res.end(cont)
})
复制代码

cache-control

2、协商缓存

  强制缓存的弊端很明显，即每次都是根据时间来判断缓存是否过时；可是当到达过时时间后，若是文件没有改动，再次去获取文件就有点浪费服务器的资源了。协商缓存有两组报文结合使用：

  1. Last-Modified和If-Modified-Since
  2. ETag和If-None-Match

diagram-http

Last-Modified

  为了节省服务器的资源，再次改进方案。浏览器和服务器协商，服务器每次返回文件的同时，告诉浏览器文件在服务器上最近的修改时间。请求过程以下：

  • 浏览器请求静态资源demo.js
  • 服务器读取磁盘文件demo.js，返给浏览器，同时带上文件上次修改时间 Last-Modified（GMT标准格式）
  • 当浏览器上的缓存文件过时时，浏览器带上请求头If-Modified-Since（等于上一次请求的Last-Modified）请求服务器
  • 服务器比较请求头里的If-Modified-Since和文件的上次修改时间。若是果一致就继续使用本地缓存（304），若是不一致就再次返回文件内容和Last-Modified。
  • 循环请求。。

  代码实现过程以下：

app.get('/demo.js',(req, res)=>{
    let jsPath = path.resolve(__dirname,'./static/js/demo.js')
    let cont = fs.readFileSync(jsPath);
    let status = fs.statSync(jsPath)

    let lastModified = status.mtime.toUTCString()
    if(lastModified === req.headers['if-modified-since']){
        res.writeHead(304, 'Not Modified')
        res.end()
    } else {
        res.setHeader('Cache-Control', 'public,max-age=5')
        res.setHeader('Last-Modified', lastModified)
        res.writeHead(200, 'OK')
        res.end(cont)
    }
})
复制代码

  咱们屡次刷新页面，能够看到请求结果以下：

last-modified-cache

  虽然这个方案比前面三个方案有了进一步的优化，浏览器检测文件是否有修改，若是没有变化就再也不发送文件；可是仍是有如下缺点：

  • 因为Last-Modified修改时间是GMT时间，只能精确到秒，若是文件在1秒内有屡次改动，服务器并不知道文件有改动，浏览器拿不到最新的文件
  • 若是服务器上文件被屡次修改了可是内容却没有发生改变，服务器须要再次从新返回文件。

ETag

  为了解决文件修改时间不精确带来的问题，服务器和浏览器再次协商，此次不返回时间，返回文件的惟一标识ETag。只有当文件内容改变时，ETag才改变。请求过程以下：

  • 浏览器请求静态资源demo.js
  • 服务器读取磁盘文件demo.js，返给浏览器，同时带上文件的惟一标识ETag
  • 当浏览器上的缓存文件过时时，浏览器带上请求头If-None-Match（等于上一次请求的ETag）请求服务器
  • 服务器比较请求头里的If-None-Match和文件的ETag。若是一致就继续使用本地缓存（304），若是不一致就再次返回文件内容和ETag。
  • 循环请求。。
const md5 = require('md5');

app.get('/demo.js',(req, res)=>{
    let jsPath = path.resolve(__dirname,'./static/js/demo.js');
    let cont = fs.readFileSync(jsPath);
    let etag = md5(cont);

    if(req.headers['if-none-match'] === etag){
        res.writeHead(304, 'Not Modified');
        res.end();
    } else {
        res.setHeader('ETag', etag);
        res.writeHead(200, 'OK');
        res.end(cont);
    }
})
复制代码

  请求结果以下：

etag-cache

一些额外的东西

  在报文头的表格中咱们能够看到有一个字段叫Pragma，这是一段尘封的历史....

secret

  在“遥远的”http1.0时代，给客户端设定缓存方式可经过两个字段--Pragma和Expires。虽然这两个字段早可抛弃，但为了作http协议的向下兼容，你仍是能够看到不少网站依旧会带上这两个字段。

关于Pragma

  当该字段值为no-cache的时候，会告诉浏览器不要对该资源缓存，即每次都得向服务器发一次请求才行。

res.setHeader('Pragma', 'no-cache') //禁止缓存
res.setHeader('Cache-Control', 'public,max-age=120') //2分钟
复制代码

  经过Pragma来禁止缓存，经过Cache-Control设置两分钟缓存，可是从新访问咱们会发现浏览器会再次发起一次请求，说明了Pragma的优先级高于Cache-Control

关于Cache-Control

  咱们看到Cache-Control中有一个属性是public，那么这表明了什么意思呢？其实Cache-Control不光有max-age，它常见的取值private、public、no-cache、max-age，no-store，默认值为private，各个取值的含义以下：

  • private: 客户端能够缓存
  • public: 客户端和代理服务器均可缓存
  • max-age=xxx: 缓存的内容将在 xxx 秒后失效
  • no-cache: 须要使用对比缓存来验证缓存数据
  • no-store: 全部内容都不会缓存，强制缓存，对比缓存都不会触发

  因此咱们在刷新页面的时候，若是只按F5只是单纯的发送请求，按Ctrl+F5会发现请求头上多了两个字段Pragma: no-cache和Cache-Control: no-cache。

缓存的优先级

  上面咱们说过强制缓存的优先级高于协商缓存，Pragma的优先级高于Cache-Control，那么其余缓存的优先级顺序怎么样呢？网上查阅了资料得出如下顺序（PS：有兴趣的童鞋能够验证一下正确性告诉我）：

Pragma > Cache-Control > Expires > ETag > Last-Modified

若是以为写得还不错，请关注个人掘金主页。更多文章请访问谢小飞的博客

  参考资料：

http缓存优先级问题

完全弄懂HTTP缓存机制及原理

HTTP缓存控制小结

浅谈浏览器http的缓存机制

经过express框架简单实践几种设置HTTP对缓存的控制

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