HTTP系列2 HTTP缓存

通过网络获取内容既速度缓慢又开销巨大。较大的响应需要在客户端与服务器之间进行多次往返通信，这会延迟浏览器获得和处理内容的时间，还会增加访问者的流量费用。因此，缓存并重复利用之前获取的资源的能力成为性能优化的一个关键方面。

缓存类型

(私有)浏览器缓存

私有缓存只能用于单独用户。你可能已经见过浏览器设置中的“缓存”选项。浏览器缓存拥有用户通过 HTTP 下载的所有文档。这些缓存为浏览过的文档提供向后/向前导航，保存网页，查看源码等功能，可以避免再次向服务器发起多余的请求。它同样可以提供缓存内容的离线浏览。

(共享)代理缓存

共享缓存可以被多个用户使用。例如，ISP 或你所在的公司可能会架设一个 web 代理来作为本地网络基础的一部分提供给用户。这样热门的资源就会被重复使用，减少网络拥堵与延迟。

缓存控制

Cache-control 头

HTTP/1.1定义的 Cache-Control 头用来区分对缓存机制的支持情况， 请求头和响应头都支持这个属性。通过它提供的不同的值来定义缓存策略。

禁止进行缓存

缓存中不得存储任何关于客户端请求和服务端响应的内容。每次由客户端发起的请求都会下载完整的响应内容。

Cache-Control: no-store
Cache-Control: no-cache, no-store, must-revalidate

强制确认缓存

如下头部定义，此方式下，每次有请求发出时，缓存会将此请求发到服务器（译者注：该请求应该会带有与本地缓存相关的验证字段），服务器端会验证请求中所描述的缓存是否过期，若未过期（注：实际就是返回304），则缓存才使用本地缓存副本。

Cache-Control: no-cache

私有缓存和公共缓存

"public" 指令表示该响应可以被任何中间人（译者注：比如中间代理、CDN等）缓存。若指定了"public"，则一些通常不被中间人缓存的页面（译者注：因为默认是private）（比如 带有HTTP验证信息（帐号密码）的页面 或 某些特定影响状态码的页面），将会被其缓存。

而 "private" 则表示该响应是专用于某单个用户的，中间人不能缓存此响应，该响应只能应用于浏览器私有缓存中。

Cache-Control: private
Cache-Control: public

缓存过期机制

过期机制中，最重要的指令是 "max-age=<seconds>"，表示资源能够被缓存（保持新鲜）的最大时间。相对Expires而言，max-age是距离请求发起的时间的秒数。针对应用中那些不会改变的文件，通常可以手动设置一定的时长以保证缓存有效，例如图片、css、js等静态资源。

注：
当设置max-age时，empires头会被忽略。
相应的，If-Modified-Since 只可以用在 GET 或 HEAD 请求中，当与 If-None-Match 一同出现时，它会被忽略掉，除非服务器不支持 If-None-Match。

Cache-Control: must-revalidate

新鲜度

理论上来讲，当一个资源被缓存存储后，该资源应该可以被永久存储在缓存中。由于缓存只有有限的空间用于存储资源副本，所以缓存会定期地将一些副本删除，这个过程叫做缓存驱逐。另一方面，当服务器上面的资源进行了更新，那么缓存中的对应资源也应该被更新，由于HTTP是C/S模式的协议，服务器更新一个资源时，不可能直接通知客户端及其缓存，所以双方必须为该资源约定一个过期时间，在该过期时间之前，该资源（缓存副本）就是新鲜的，当过了过期时间后，该资源（缓存副本）则变为陈旧的。驱逐算法用于将陈旧的资源（缓存副本）替换为新鲜的，注意，一个陈旧的资源（缓存副本）是不会直接被清除或忽略的，当客户端发起一个请求时，缓存检索到已有一个对应的陈旧资源（缓存副本），则缓存会先将此请求附加一个If-None-Match头，然后发给目标服务器，以此来检查该资源副本是否是依然还是算新鲜的，若服务器返回了 304 (Not Modified)（该响应不会有带有实体信息），则表示此资源副本是新鲜的，这样一来，可以节省一些带宽。若服务器通过 If-None-Match 或 If-Modified-Since判断后发现已过期，那么会带有该资源的实体内容返回。

下面是上述缓存处理过程的一个图示：

对于含有特定头信息的请求，会去计算缓存寿命。比如Cache-control: max-age=N的请求头，相应的缓存的寿命就是N。通常情况下，对于不含这个属性的请求则会去查看是否包含Expires属性，通过比较Expires的值和头里面Date属性的值来判断是否缓存还有效。如果max-age和expires属性都没有，找找头里的Last-Modified信息。如果有，缓存的寿命就等于头里面Date的值减去Last-Modified的值除以10（注：根据rfc2626其实也就是乘以10%）。

缓存失效时间计算公式如下：

expirationTime = responseTime + freshnessLifetime - currentAge

上式中，responseTime 表示浏览器接收到此响应的那个时间点。

加速资源

更多地利用缓存资源，可以提高网站的性能和相应速度。为了优化缓存，过期时间设置得尽量长是一种很好的策略。对于定期或者频繁更新的资源，这么做是比较稳妥的，但是对于那些长期不更新的资源会有点问题。这些固定的资源在一定时间内受益于这种长期保持的缓存策略，但一旦要更新就会很困难。特指网页上引入的一些js/css文件，当它们变动时需要尽快更新线上资源。

web开发者发明了一种 Steve Sounders 称作加速（译者注：revving）的技术 。不频繁更新的文件会使用特定的命名方式：在URL后面（通常是文件名后面）会加上版本号。加上版本号后的资源就被视作一个完全新的独立的资源，同时拥有一年甚至更长的缓存过期时长。但是这么做也存在一个弊端，所有引用这个资源的地方都需要更新链接。web开发者们通常会采用自动化构建工具在实际工作中完成这些琐碎的工作。当低频更新的资源（js/css）变动了，只用在高频变动的资源文件（html）里做入口的改动。

这种方法还有一个好处：同时更新两个缓存资源不会造成部分缓存先更新而引起新旧文件内容不一致。对于互相有依赖关系的css和js文件，避免这种不一致性是非常重要的。

加在加速文件后面的版本号不一定是一个正式的版本号字符串，如1.1.3这样或者其他固定自增的版本数。它可以是任何防止缓存碰撞的标记例如hash或者时间戳。

带Vary头的响应

Vary 是一个HTTP响应头部信息，它决定了对于未来的一个请求头，应该用一个缓存的回复(response)还是向源服务器请求一个新的回复。它被服务器用来表明在 content negotiation algorithm（内容协商算法）中选择一个资源代表的时候应该使用哪些头部信息（headers）.

在响应状态码为 304 Not Modified 的响应中，也要设置 Vary 首部，而且要与相应的 200 OK 响应设置得一模一样。

当缓存服务器收到一个请求，只有当前的请求和原始（缓存）的请求头跟缓存的响应头里的Vary都匹配，才能使用缓存的响应。

使用vary头有利于内容服务的动态多样性。例如，使用Vary: User-Agent头，缓存服务器需要通过UA判断是否使用缓存的页面。如果需要区分移动端和桌面端的展示内容，利用这种方式就能避免在不同的终端展示错误的布局。另外，它可以帮助google或者其他搜索引擎更好地发现页面的移动版本，并且告诉搜索引擎没有引入Cloaking。

Vary: User-Agent

对于服务器而言, 资源文件可能不止一个版本, 比如说压缩和未压缩, 针对不同的客户端, 通常需要返回不同的资源版本. 比如说老式的浏览器可能不支持解压缩, 这个时候, 就需要返回一个未压缩的版本; 对于新的浏览器, 支持压缩, 返回一个压缩的版本, 有利于节省带宽, 提升体验. 那么怎么区分这个版本呢, 这个时候就需要Vary了.

服务器通过指定Vary: Accept-Encoding, 告知代理服务器, 对于这个资源, 需要缓存两个版本: 压缩和未压缩. 这样老式浏览器和新的浏览器, 通过代理, 就分别拿到了未压缩和压缩版本的资源, 避免了都拿同一个资源的尴尬.

Vary:Accept-Encoding,User-Agent

如上设置, 代理服务器将针对是否压缩和浏览器类型两个维度去缓存资源. 如此一来, 同一个url, 就能针对PC和Mobile返回不同的缓存内容.

因为移动版和桌面的客户端的请求头中的User-Agent不同， 缓存服务器不会错误地把移动端的内容输出到桌面端到用户。

定义最佳缓存策略

按照以上决策树为您的应用使用的特定资源或一组资源确定最佳缓存策略。在理想的情况下，您的目标应该是在客户端上缓存尽可能多的响应，缓存尽可能长的时间，并且为每个响应提供验证令牌，以实现高效的重新验证。

缓存检查清单

不存在什么最佳缓存策略。您需要根据通信模式、提供的数据类型以及应用特定的数据更新要求，为每个资源定义和配置合适的设置，以及整体的“缓存层次结构”。

在制定缓存策略时，您需要牢记下面这些技巧和方法：

• 使用一致的网址：如果您在不同的网址上提供相同的内容，将会多次获取和存储这些内容。提示：请注意，网址区分大小写。
• 确保服务器提供验证令牌 (ETag)：有了验证令牌，当服务器上的资源未发生变化时，就不需要传送相同的字节。
• 确定中间缓存可以缓存哪些资源：对所有用户的响应完全相同的资源非常适合由 CDN 以及其他中间缓存进行缓存。
• 为每个资源确定最佳缓存周期：不同的资源可能有不同的更新要求。为每个资源审核并确定合适的 max-age。
• 确定最适合您的网站的缓存层次结构：您可以通过为 HTML 文档组合使用包含内容指纹的资源网址和短时间或 no-cache 周期，来控制客户端获取更新的速度。
• 最大限度减少搅动：某些资源的更新比其他资源频繁。如果资源的特定部分（例如 JavaScript 函数或 CSS 样式集）会经常更新，可以考虑将其代码作为单独的文件提供。这样一来，每次获取更新时，其余内容（例如变化不是很频繁的内容库代码）可以从缓存获取，从而最大限度减少下载的内容大小。