前端性能优化之缓存利用

Posted 2021-04-15 程序员的修仙之路

前言

缓存种类大致有以下几种：

1. CDN缓存

2. DNS缓存

3. 客户端缓存（无需发送请求的memory cache, disk cache,需要发请求验证的Etag，Last-Modified304）

4. Service Worker与缓存

5. 离线缓存

下面就分别讨论下这几种缓存

CDN缓存

CDN是个什么概念，相信大家也都清楚就不赘述了。直接聊一下他的优势：

• CDN节点解决了跨运营商和跨地域访问的问题，访问延时大大降低；

• 大部分请求在CDN边缘节点完成，CDN起到了分流作用，减轻了源站的负载。

关于CDN缓存 ，在浏览器本地缓存失效后，浏览器会向CDN边缘节点发起请求。类似浏览器缓存，CDN边缘节点也存在着一套缓存机制。CDN边缘节点缓存策略因服务商不同而不同，但一般都会遵循http标准协议，通过http响应头中的 Cache-control: max-age 的字段来设置CDN边缘节点数据缓存时间。

当客户端向CDN节点请求数据时，CDN节点会判断缓存数据是否过期，若缓存数据并没有过期，则直接将缓存数据返回给客户端；否则，CDN节点就会向源站发出回源请求，从源站拉取最新数据，更新本地缓存，并将最新数据返回给客户端。 CDN服务商一般会提供基于文件后缀、目录多个维度来指定CDN缓存时间，为用户提供更精细化的缓存管理。

CDN缓存刷新

CDN边缘节点对开发者是透明的，相比于浏览器Ctrl+F5的强制刷新来使浏览器本地缓存失效，开发者可以通过CDN服务商提供的“刷新缓存”接口来达到清理CDN边缘节点缓存的目的。这样开发者在更新数据后，可以使用“刷新缓存”功能来强制CDN节点上的数据缓存过期，保证客户端在访问时，拉取到最新的数据。

DNS缓存

DNS(Domain Name System)： 负责将域名URL转化为服务器主机IP。

TTL(Time To Live)：表示查找返回的DNS记录包含的一个存活时间。

TTL过期则这个DNS记录将被抛弃。浏览器DNS缓存也有自己的过期时间，这个时间是独立于本机DNS缓存的，相对也比较短，例如chrome只有1分钟左右。

DNS性能优化最佳实践

当客户端的DNS缓存为空时，DNS查找的数量与Web页面中唯一主机名的数量相等。所以减少唯一主机名的数量就可以减少DNS查找的数量。

但是问题来了，有时候需要多设置主机数量，来增加DNS的负载均衡，因此减少DNS查找和增加主机数量形成了矛盾关系，经过实战DNS设置2-4个主机名是最佳的。更多负载均衡可以用其他方式实现，例如用nginx做负载均衡！

浏览器缓存策略之客户端缓存

1、Cache-control: max-age

假设你的站点有引用一个脚本文件，你非常确认这个脚本文件内容多年不变。那么自然希望浏览器把这个脚本缓存起来，不用每一次都请求服务器，然后服务器再返回相同的内容。这样能够节省带宽开销并且提升性能。

此时你只需要设置文件返回的HTTP头中的Cache-Control设置为：

Cache-Control: max-age=31536000

虽然是五十年不变，但是标准中规定max-age值最大不能超过一年，又因为是以秒为单位，所以值为31536000。

但是，如果这一年中的某一天你发现脚本内容必须要更改了怎么办？很简单，改变请求的文件名就好了。

Expires

在 Response Headers里设置 Expires也可以避免浏览器和服务器发送请求，直到超过设置的时间。

Expires： Sat, 16 May 2019 23:25:36 GMT

Cache-Control 和 Expires 均遵循三级缓存原理。

//三级缓存原理
1. 先去内存看，如果有，直接加载
2. 如果内存没有，择取硬盘获取，如果有直接加载
3. 如果硬盘也没有，那么就进行网络请求
4. 加载到的资源缓存到硬盘和内存

Last-Modified 304协商缓存

服务器为了通知浏览器当前文件的版本，会发送一个上次修改时间的标签，例如：

Last-Modified:Sat, 16 May 2019 23:30:52 GMT

如下图：

假如是304协商缓存，验证步骤如下：

1. 浏览器：Hello，我需要 summer.min.js这个文件，如果是在 Last-Modified:Sat, 16 May 2019 23:30:52 GMT 之后修改过的，请发给我。

2. 服务器：（检查文件的修改时间）

3. 服务器：Hey，这个文件在那个时间之后没有被修改过，你已经有最新的版本了。

4. 浏览器：太好了，那我就显示给用户了。

Etag

上面截图中也圈出来了，其实Etag和304类似，但是级别比 Last-Modified 高一些。

请求过程如下：

1. 浏览器：Hey，我需要zhangfengfeng的 summer.css这个文件，有没有不匹配"61213-1762a-50bf790757204"这个串的

2. 服务器：（检查ETag…）

3. 服务器：Hey，我这里的版本也是"61213-1762a-50bf790757204"，你已经是最新的版本了

4. 浏览器：好，那就可以使用本地缓存了

Service Worker与缓存及离线缓存

随着Service Worker（以下简称SW）的普及和规范，我们可以使用SW提供的缓存接口替代HTTP缓存。当然SW的功能是强大的，除了缓存功能，还能够使用它来实现离线、数据同步、后台编译等等。

一个标配版的sw缓存工代代码应该有以下的片段：

const version = '2';

self.addEventListener('install', event => {
  event.waitUntil(
    caches.open(`static-${version}`)
      .then(cache => cache.addAll([
        '/styles.css',
        '/script.js'
      ]))
  );
});

self.addEventListener('fetch', event => {
  event.respondWith(
    caches.match(event.request)
      .then(response => response || fetch(event.request))
  );
});

网络请求首先到达的是SW脚本中，如果未命中再转发给HTTP缓存。

这段代码的意思是，在SW的install阶段我们将script.js和styles.css放入缓存中；而在请求发起的fetch阶段，通过资源的URL去缓存内查找匹配，成功后立刻返回，否则走正常的网络请求流程。

但是在install阶段的资源内容又是哪里来的？仍然是从HTTP缓存中。这样SW缓存机制又有可能随着HTTP缓存陷入了之前所说的版本不一致的困境中。

既然我们借助SW重写了缓存机制，所以也不想再受牵制于旧的HTTP缓存。解决办法是让SW中的请求必须向服务端验证：

self.addEventListener('install', event => {
  event.waitUntil(
    caches.open(`static-${version}`)
      .then(cache => cache.addAll([
        new Request('/styles.css', { cache: 'no-cache' }),
        new Request('/script.js', { cache: 'no-cache' })
      ]))
  );
});

目前并非所有的浏览器都支持cache选项的配置。但这个不是太大问题，我们可以通过添加随机数来保证每次请求的URL都不相同，间接的使得缓存失效：

self.addEventListener('install', event => {
  event.waitUntil(
    caches.open(`static-${version}`)
      .then(cache => Promise.all(
        [
          '/styles.css',
          '/script.js'
        ].map(url => {
          // cache-bust using a random query string
          return fetch(`${url}?${Math.random()}`).then(response => {
            // fail on 404, 500 etc
            if (!response.ok) throw Error('Not ok');
            return cache.put(url, response);
          })
        })
      ))
  );
});