HTTP缓存理解

Http 缓存机制作为 web 性能优化的重要手段，对于从事 Web 开发的同学们来说，应该是知识体系库中的一个基础环节。
在介绍HTTP缓存之前，作为知识铺垫，先简单介绍一下HTTP报文

准备

HTTP报文就是浏览器和服务器间通信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

• 包含属性的首部(header)
  附加信息（cookie，缓存信息等）与缓存相关的规则信息，均包含在header中
• 包含数据的主体部分(body)
  HTTP请求真正想要传输的部分

缓存规则解析

将浏览器存在一个缓存数据库,用于存储缓存信息。在客户端第一次请求数据时，此时缓存数据库中没有对应的缓存数据，需要请求服务器，服务器返回后，将数据存储至缓存数据库中。

HTTP缓存有多种规则，根据是否需要重新向服务器发起请求来分类，将其分为两大类：强制缓存，协商缓存。在详细介绍这两种规则之前，先通过时序图的方式对这两种规则有个简单了解。

• 已存在缓存数据时，仅基于强制缓存，请求数据的流程如下

• 已存在缓存数据时，仅基于协商缓存，请求数据的流程如下

基于对比缓存的流程下，不管是否使用缓存，都需要向服务器发送请求，那么还用缓存干什么？这个问题暂且放下，后文详细介绍每种缓存规则的时候，会带出答案。
可以看到两类缓存规则的不同，强制缓存如果生效，不需要再和服务器发生交互，而协商缓存不管是否生效，都需要与服务端发生交互。两类缓存规则可以同时存在，强制缓存优先级高于对比缓存，也就是说，当执行强制缓存的规则时，如果缓存生效，直接使用缓存，不再执行对比缓存规则。

强制缓存

从上文得知，强制缓存，在缓存数据未失效的情况下，可以直接使用缓存数据，那么浏览器是如何判断缓存数据是否失效呢？我们知道，在没有缓存数据的时候，浏览器向服务器请求数据时，服务器会将数据和缓存规则一并返回，缓存规则信息包含在响应header中。
对于强制缓存来说，响应header中会有两个字段来标明失效规则（Expires/Cache-Control）使用chrome的开发者工具，可以很明显的看到对于强制缓存生效时，网络请求的情况。

Expires

Expires的值为服务端返回的到期时间，即下一次请求时，请求时间小于服务端返回的到期时间，直接使用缓存数据。不过Expires是HTTP1.0的，现在默认浏览器均默认使用HTTP1.1，所以它的作用基本忽略。另一个问题是，到期时间是由服务端生成的，但是客户端时间可能跟服务端时间有误差，这就会导致缓存命中的误差。所以HTTP1.1 的版本，使用Cache-Control替代。

Cache-Control

Cache-Control 是最重要的规则。常见的取值有private、public、no-cache、max-age，no-store，默认为private。

1. private:客户端可以缓存
2. public:客户端和代理服务器都可缓存，前端可以认为public和private是一样的
3. max-age=xxx:缓存的内容将在xxx秒后失效
4. no-cache:需要使用对比缓存来验证缓存数据，后面重点介绍
5. no-store:所有内容都不会缓存，强制缓存，协商缓存都不会触发

请看下图的例子，图中Cache-Control仅指定了max-age，所以默认为private，缓存时间为31536000秒（365天），也就是说，在365天内再次请求这条数据，都会直接获取缓存数据库中的数据，直接使用。

协商缓存

协商缓存，顾名思义，需要进行比较判断是否可以使用缓存。浏览器第一次请求数据时，服务器会将缓存标识与数据一起返回给客户端，客户端将二者备份至缓存数据库中。再次请求数据时，客户端将备份的缓存标识发送给服务器，服务器根据缓存标识进行判断，判断成功后，返回304状态码，通知客户端比较成功，可以使用缓存数据。

第一次访问

第二次访问

通过两图的对比，可以很清楚的发现，在协商缓存生效时，状态码为304，并且报文大小和请求时间大大减少。原因是，服务端在进行标识比较后，只返回header部分，通过状态码通知客户端使用缓存，不再需要将报文主体部分返回给客户端。对于协商缓存来说，缓存标识的传递是需要着重理解的，它在请求header和响应header间进行传递，
一共分为两种标识传递，接下来分别介绍。

Last-Modified/If-Modified-Since

Last-Modified：
服务器在响应请求时，告诉浏览器资源的最后修改时间。

If-Modified-Since：
再次请求服务器时，通过此字段通知服务器上次请求时，服务器返回的资源最后修改时间。
服务器收到请求后发现有头If-Modified-Since 则与被请求资源的最后修改时间进行比对。
若资源的最后修改时间大于If-Modified-Since，说明资源又被改动过，则响应整片资源内容，返回状态码200；
若资源的最后修改时间小于或等于If-Modified-Since，说明资源无新修改，则响应HTTP 304，告知浏览器继续使用所保存的cache。

Etag/If-None-Match（优先级高于Last-Modified/If-Modified-Since）

Etag：
服务器响应请求时，告诉浏览器当前资源在服务器的唯一标识，生成规则由服务器决定。

If-None-Match：
再次请求服务器时，通过此字段通知服务器客户段缓存数据的唯一标识。
服务器收到请求后发现有头If-None-Match则与被请求资源的唯一标识进行比对，
不同，说明资源又被改动过，则响应整片资源内容，返回状态码200；
相同，说明资源无新修改，则响应HTTP 304，告知浏览器继续使用所保存的cache。

总结

对于强制缓存，服务器通知浏览器一个缓存时间，在缓存时间内，下次请求，直接用缓存，不在时间内，执行协商缓存策略。
对于协商缓存，将缓存信息中的Etag和Last-Modified通过请求发送给服务器，由服务器校验，返回304状态码时，浏览器直接使用缓存。