浏览器缓存原理简述

Posted 2023-05-03

参考技术A

缓存文件存储方式有2种：内存和硬盘。为了提高文件读取速度，浏览器优先读内存中的缓存文件（如果存在的话）。

按照本地缓存阶段和协商缓存阶段分类：

缓存的策略由http消息头Cache-Control确定，以下为各个值对应的效果：
Cache-Control：public ：所有内容都将被缓存（客户端和代理服务器都可缓存）
Cache-Control：private ：所有内容只有客户端可以缓存
Cache-Control：no-cache ：默认值。客户端缓存内容，但是是否使用缓存则需要经过协商缓存来验证决定
Cache-Control：no-store ：所有内容都不会被缓存，即不使用强制缓存，也不使用协商缓存
Cache-Control：max-age=xxx (xxx is numeric) ：缓存内容将在xxx秒后失效

HTTP1.0 的特性，标识该资源过期的时间点，它是一个绝对值，格林威治时间（Greenwich Mean Time, GMT），即在这个时间点之后，缓存的资源过期； 优先级：Cache-Control 优先级高于 Expires ，为了兼容，通常两个头部同时设置；浏览器默认行为：其实就算 Response Header 中没有设置 Cache-Control 和 Expires，浏览器仍然会缓存某些资源，这是浏览器的默认行为，是为了提升性能进行的优化，每个浏览器的行为可能不一致，有些浏览器甚至没有这样的优化。

Last-Modified (Response Header)与 If-Modified-Since (Request Header)是一对报文头，属于 http 1.0。

If-Modified-Since 是一个请求首部字段，并且只能用在 GET 或者 HEAD 请求中。Last-Modified 是一个响应首部字段，包含服务器认定的资源作出修改的日期及时间。当带着 If-Modified-Since 头访问服务器请求资源时，服务器会检查 Last-Modified，如果 Last-Modified 的时间早于或等于 If-Modified-Since 则会返回一个不带主体的 304 响应，否则将重新返回资源。

ETag 与 If-None-Match 是一对报文头，属于 http 1.1。

ETag 是一个响应首部字段，它是根据实体内容生成的一段 hash 字符串，标识资源的状态，由服务端产生。If-None-Match 是一个条件式的请求首部。如果请求资源时在请求首部加上这个字段，值为之前服务器端返回的资源上的 ETag，则当且仅当服务器上没有任何资源的 ETag 属性值与这个首部中列出的时候，服务器才会返回带有所请求资源实体的 200 响应，否则服务器会返回不带实体的 304 响应。

简述CDN的工作原理

CDN系统的具体工作方式是怎样的呢？先看看没有CDN服务时，一个网站是如何向用户提供服务的。

网站系统基本上都是基于B/S架构的。B/S架构，即Browser/Server（浏览器/服务器）架构，是对传统C/S架构的一种变化或者改进架构。在这种架构下，用户侧只需要使用通用浏览器，而主要业务逻辑都在服务器端实现。B/S架构利用不断成熟的WWW浏览器技术，结合浏览器的多种脚本语言（VBScript、JavaScript等）和ActiveX等技术，在通用浏览器上实现了C/S架构下需要复杂的软件才能实现的强大功能。

用户通过浏览器方式访问网站的过程如图：

①用户在自己的浏览器中输入要访问网站的域名。

②浏览器向本地DNS服务器请求对该域名的解析。

③本地DNS服务器中如果缓存了这个域名的解析结果，则直接响应用户的解析请求。

④本地DNS服务器中如果没有关于这个域名的解析结果的缓存，则以递归方式向整个DNS系统请求解析，获得应答后将结果返回浏览器。

⑤浏览器得到的域名解析结果是该域名的相应服务设备的IP地址，浏览器会向这台服务器请求内容。

⑥服务器将用户请求内容传送给浏览器。

在网站和用户之间加入CDN以后，用户不会有任何与原来不同的感觉。最简单的CDN网络有一台DNS服务器和几台缓存服务器就可以运行了。一个典型的CDN用户访问调度流程如图。

①当用户点击网站页面上的内容URL，经过本地DNS系统解析，DNS系统会最终将域名的解析权交给CNAME指向的CDN专用DNS服务器。

②CDN的DNS服务器将CDN的全局负载均衡设备IP地址返回给用户。

③用户向CDN的全局负载均衡设备发起内容URL访问请求。

④CDN全局负载均衡设备根据用户的IP地址以及用户请求的内容URL，选择一台用户所属区域的区域负载均衡设备，告诉用户向这台设备发起请求。

⑤区域负载均衡设备会为用户选择一台合适的缓存服务器提供服务。选择的依据包括：根据用户IP地址，判断哪一台服务器距用户最近；根据用户所请求的URL中携带的内容名称，判断哪一台服务器上有用户需要的内容；查询各个服务器当前的负载情况，判断哪一台服务器尚有服务能力。基于以上这些条件进行综合分析之后，区域负载均衡设备会向全局负载均衡设备返回一台缓存服务器的IP地址。

⑥全局负载均衡设备把服务器的IP地址返回给用户。

⑦用户向缓存服务器发起请求。缓存服务器响应用户请求，将用户所需内容传送到用户终端。如果这台缓存服务器上没有用户想要的内容，而区域均衡设备依然将它分配给了用户，那么这台服务器就要向它的上一级缓存服务器请求内容，直至返回网站的源服务器拉回内容。

从以上流程可以看出，CDN系统的专用DNS服务器根据用户IP地址将域名解析成相应节点的缓存服务器IP地址，从而实现了用户的就近访问。因此，使用CDN服务的网站，只需要将其域名解析权交给CDN的DNS服务器，再将分发的内容注入CDN，就可以实现内容加速了。