浏览器-缓存机制

Posted 2021-06-02 natsu-cc

前言：

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浏览器缓存是前端开发中不可避免的问题，对于web应用来说，它是提升页面性能同时减少服务器压力的利器。浏览器的缓存机制也就是我们说的HTTP缓存机制，其机制是根据HTTP报文的缓存标识进行的。

浏览器缓存是什么：

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简单来说,浏览器缓存其实就是浏览器保存通过HTTP获取的所有资源,是浏览器将网络资源存储在本地的一种行为。

概述：

说到缓存就需要先了解HTTP报文：

• HTTP请求(Request)报文，报文格式为：请求行 – HTTP头(通用信息头，请求头，实体头) – 请求报文主体(只有POST才有报文主体)。

• HTTP响应(Response)报文，报文格式为：状态行 – HTTP头(通用信息头，响应头，实体头) – 响应报文主体。

注意：

通用信息头指的是请求和响应报文都支持的头域，分别为Cache-Control、Connection、Date、Pragma、Transfer-Encoding、Upgrade、Via；实体头则是实体信息的实体头域，分别为Allow、Content-Base、Content-Encoding、Content-Language、Content-Length、Content-Location、Content-MD5、Content-Range、Content-Type、Etag、Expires、Last-Modified、extension-header。

缓存过程：

浏览器与服务器通信的方式为应答模式，即是：浏览器发起HTTP请求 – 服务器响应该请求。那么浏览器第一次向服务器发起该请求后拿到请求结果，会根据响应报文中HTTP头的缓存标识，决定是否缓存结果，是则将请求结果和缓存标识存入浏览器缓存中。

简单的请求过程如下图：（首次）

浏览器缓存机制的概括（总体）：

• 浏览器每次发起请求，都会先在浏览器缓存中查找该请求的结果以及缓存标识。会根据请求头的expire和cache-control判断是否命中强缓存，是则从缓存中读取资源，不会发送请求到服务器。
• 如果没有命中强缓存，浏览器就会携带if-None-Match：上一次Etag的值和if-Modified-Since: 上一次last-modified的值，发送请求到服务器，验证是否命中协商缓存，如果命中，则继续从缓存中读取资源。
• 如果没有命中缓存，则直接从服务器加载资源。
  
  

缓存资源存放的地方：

内存缓存（memory cache）：

MemoryCache顾名思义，就是将资源缓存到内存中，等待下次访问时不需要重新下载资源，而直接从内存中获取。资源分成两类，一类是主资源，比如html页面，或者下载项，一类是派生资源，比如HTML页面中内嵌的图片或者脚本链接，分别对应代码中两个类：MainResourceLoader和SubresourceLoader。

特点：

• 快读读取： 内存缓存会将编译解析后的文件直接存入改进程的内存中，占据该进程一定的内存资源，方便下次运行使用时的快速读取。
• 时效性： 一旦该进程关闭，则该进程的内存会清空。
  
  

硬盘缓存（disk cache）：

DiskCache顾名思义，就是将资源缓存到磁盘中，等待下次访问时不需要重新下载资源，而直接从磁盘中获取，它的直接操作对象为CurlCacheManager。

特点：

• 硬盘缓存是直接将缓存写入硬盘中，读取缓存需要对该缓存存放的硬盘文件进行I/O操作，然后重新解析该缓存内容，读取复杂，速度比内存缓存（memory cache）慢。

访问缓存优先级：

• 先在内存中查找，如果有，直接加载。
• 如果内存中不存在，则在硬盘中查找,如果有直接加载。
• 如果硬盘中也没有，那么就进行网络请求。
• 请求获取的资源缓存到硬盘和内存。

浏览器缓存类型：

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浏览器缓存策略分为两种：

• 强缓存
• 协商缓存

强制缓存优先于协商缓存进行！

强缓存：

浏览器在加载资源时，会先根据本地缓存资源的 Header 中的信息判断是否命中强缓存，如果命中则直接使用缓存中的资源不会再向服务器发送请求。

Header 中的信息指的是 Expires和 Cache-Control。

Expires：

该字段是 http1.0 时的规范，它的值为一个绝对时间的 GMT 格式的时间字符串，比如 Expires:Mon,18 Oct 2066 23:59:59 GMT。这个时间代表着这个资源的失效时间，在此时间之前，即命中缓存。Expires控制缓存的原理，是使用客户端的时间与服务器端返回的时间做对比，如果客户端与服务器端的时间发生误差（如时区不同，修改了客户端时间），那么强缓存就会失效。

Cache-Control：

Cache-Control 是 http1.1 时出现的 header 信息，主要是利用该字段的 max-age 值来进行判断，它是一个相对时间，例如 Cache-Control:max-age=3600，代表着资源的有效期是 3600 秒。

几个比较常用的设置值：

• no-cache：需要进行协商缓存，发送请求到服务器确认是否使用缓存。
• no-store：禁止使用缓存，每一次都要重新请求数据。
• public：可以被所有的用户缓存，包括终端用户和 CDN 等中间代理服务器。
• private：只能被终端用户的浏览器缓存，不允许 CDN 等中继缓存服务器对其缓存。
• Cache-Control 与 Expires 可以在服务端配置同时启用，同时启用的时候 Cache-Control 优先级高。

Expires和Cache-Control:max-age=xxx 的作用是差不多的，区别就在于 Expires 是http1.0的产物，Cache-Control是http1.1的产物。

强制缓存的情况主要有三种：

• 不存在该缓存结果和缓存标识，强制缓存失效，则直接向服务器发起请求
  
• 存在该缓存结果和缓存标识，但该结果已失效，强制缓存失效，则使用协商缓存：
  
• 存在该缓存结果和缓存标识，且该结果尚未失效，强制缓存生效，直接返回该结果：
  

协商缓存：

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协商缓存就是强制缓存失效后，浏览器携带缓存标识向服务器发起请求，由服务器根据缓存标识决定是否使用缓存。

控制协商缓存的字段分别为： Last-Modified/if-Modified-Since 和 Etag/if-None-Match，其中 Etag/if-None-Match的优先级更高。

Last-Modify/If-Modify-Since：

Last-Modified 是服务器响应请求时，返回该资源文件在服务器最后被修改的时间。
if-Modified-Since则是客户端再次发起该请求时，携带上次返回的 Last-Modified值。

当服务器收到该请求，并且发现请求头有if-Modified-Since字段时，就会将该值与该资源在服务器的最后修改时间做对比，如果有更新就重新返回资源，状态码为200；如果没有更新，则返回304，继续使用缓存文件。

Etag / If-None-Match：

Etag是服务器响应请求时，返回当前资源文件的一个唯一标识（由服务器生成）。

If-None-Match是客户端再次发起该请求时，携带上次请求返回的Etag值

当服务器接收到请求，并且发现请求头有If-None-Match时，就会将该值与资源在服务器的Etag值做对比，一致则代表资源没有更新，返回304，使用缓存文件；不一致则重新返回资源文件，状态码为200。

协商缓存的情况主要有两种：

• 协商缓存生效，返回304：
  
• 协商缓存失效，返回200和请求结果结果：
  

注意：

Last-Modified 与 ETag 是可以一起使用的，服务器会优先验证 ETag，一致的情况下，才会继续比对 Last-Modified，最后才决定是否返回 304。

禁止浏览器缓存：

• 设置请求头。
• 给请求资源增加一个版本号/随机数。
• HTML中禁用缓存。
  
  

总结：

• 首先是否命中强缓存，如果命中，就直接使用缓存。
• 如果没有命中强缓存，就发请求到服务器检查是否命中协商缓存。
• 如果命中协商缓存，服务器会返回 304 告诉浏览器使用本地缓存。
• 否则，返回最新的资源。