你真的懂HTTP的缓存机制？

前言

HTTP缓存不管是在面试中，还是实际开发中都是重中之重。了解HTTP缓存不仅可以轻松自如应对面试，而且也是在实际开发中对性能优化不可或缺的手段。

客户端缓存

缓存不仅可以存在于缓存服务器内，还可以存在客户端浏览器中。通常把客户端缓存称为临时网络文件。浏览器缓存如果有效，就不必再向服务器请求相同的资源了，可以直接从本地磁盘内读取。另外，和缓存服务器相同的一点是，当判定缓存过期后，会向源服务器确认资源的有效性。若判断浏览器缓存失效，浏览器会再次请求新的资源。

ps：对于前端开发来说，我们只需要关注客户端缓存即可。

浏览器第一次请求资源时，必须请求所有的资源，然后根据响应的header内容来决定，如何缓存资源。一般而言缓存可以分为强缓存和协商缓存两种。

强缓存

当客户端缓存所要请求的数据时，客户端直接从缓存服务器中获取数据。当客户端没有缓存所请求的数据时，客户端的才会从服务端获取数据。

协商缓存

又称对比缓存，客户端会先从缓存服务器中获取到一个缓存数据的标识，得到标识后请求服务端验证是否失效（新鲜），如果没有失效服务端会返回304，此时客户端直接从缓存中获取所请求的数据，如果标识失效，服务端会返回更新后的数据。

HTTP报文组成

首先，在了解HTTP缓存之前，我们有必要先了解HTTP报文的主要组成部分。

1、HTTP请求报文是由方法、URL、HTTP版本、HTTP首部字段等部分构成。

2、HTTP响应报文由HTTP版本、状态码、HTTP首部组成。

在报文众多字段中，HTTP首部字段包含的信息最为丰富的，它是构成HTTP报文的要素之一。跟缓存有关的属性也包含在这里面。

首部字段

首先，我们的先了解首部字段有哪些？一般可以分为通用首部字段、请求首部字段、响应请求字段、实体首部字段，由于本文谈论的是缓存相关的，所以在这里只列举了中跟缓存相关的字段名。

通用首部字段

请求报文和响应报文都会使用的首部，主要的缓存相关字段：

Cache-Control：控制缓存的行为。

通过指定首部字段Cache-Control的指令，就能操作缓存的工作机制，一般可以分为缓存请求指令和缓存响应指令。

1、缓存请求指令

• no-cache：强制向源服务器再次验证
• no-store：不缓存请求或者响应的任何内容
• max-age = '秒'：响应的最大Age值（缓存过期时间）
• only-if-cached：从缓存获取资源

2、缓存响应指令

• public：表示缓存的版本可以被代理服务器或者其他中间服务器识别。
• private：意味着这个文件对不同的用户是不同的。只有用户自己的浏览器能够进行缓存，公共的代理服务器不允许缓存。
• no-cache：强制浏览器提交一个http请求到源服务器进行确认。http请求没有减少，会减少一个响应体(文件内容),这种个选项类似弱缓存。
• max-age: 指定缓存过期的相对时间秒数，max-ag=0或者是负值，浏览器会在对应的缓存中把Expires设置为1970-01-01 08:00:00。
• no-store：不缓存请求或者响应的任何内容

请求首部字段（Request Header）

从客户端向服务端发送请求报文时使用的首部，主要的缓存相关字段：

• If-Match：比较实体标记（ETag）
• If-Non-Match：比较实体标记（与If-Match相反）
• If-Modified-Since：比较资源更新时间
• If-UnModified-Since：比较资源更新时间（与If-Modified-Since相反）

响应首部字段（Response Header）

从服务器向客户端发送请求报文时使用的首部，主要的缓存相关字段：

• ETag：资源的匹配信息（数据签名）

实体首部字段

针对请求报文和响应报文的实体部分使用的首部，用于补充内容的更新时间等与实体信息有关的内容，主要的缓存相关字段：

• Expires：实体主体过期的日期时间
• Last-Modified：资源最后修改日期时间

Expires和Cache-Control

Expires指定缓存到期GMT的绝对时间，如果设了max-age，max-age就会覆盖expires。如果expires到期需要重新请求。

Cache-Control:这个是http 1.1中为了弥补 Expires 缺陷新加入的。

ps:所有的首部字段都是基于HTTP/1.1的

资源验证

验证是否能使用缓存（协商缓存策略）主要有两种方式：

1、Last-Modified ：最后一次修改时间

配合If-Modified-Since和If-UnModified-Since使用
对比上次修改时间以验证资源是否需要重新修改

last-modified是web服务器认为文件的最后修改时间，last-modified是第一次请求文件的时候，服务器返回的一个属性。

Last-Modified: Sat, 09 Jun 2018 08:13:56 GMT 

第二次请求这个文件时，浏览器把If-Modified-Since发送给服务器，询问该时间之后文件是否被修改过。

If-Modified-Since: Sat, 09 Jun 2018 08:13:56 GMT //  跟Last-Modified的值一样

2、Etag: 数据签名

配合If-Match或者If-Non-Match使用
对比资源的签名判断是否使用缓存
ETag也是首次请求的时候，服务器返回的:

ETag: "8F759D4F67D66A7244638AD249675BE2" // 长这样

If-None-Match也是浏览器发送到服务器验证，文件是否改变的:

    If-None-Match: "8F759D4F67D66A7244638AD249675BE2" // 跟ETag的值一样

而这里Etag主要为了解决 Last-Modified 无法解决的一些问题：

1、一些文件也许会周期性的更改，但是他的内容并不改变(仅仅改变的修改时间)，这个时候我们并不希望客户端认为这个文件被修改了，而重新GET；

2、某些文件修改非常频繁，比如在秒以下的时间内进行修改，(比方说1s内修改了N次)，If-Modified-Since能检查到的粒度是s级的，这种修改无法判断(或者说UNIX记录MTIME只能精确到秒)；

3、某些服务器不能精确的得到文件的最后修改时间。

缓存状态码

• 200 OK (from cache)是浏览器没有跟服务器确认，直接用了浏览器缓存；
• 304 Not Modified 是浏览器和服务器多确认了一次缓存有效性，再用的缓存。
• 304 Not Modified 比 200 OK (from cache) 慢，指的是浏览器还向服务器确认了下 If-Not-Modified，才用的缓存。
• 412 Precondition failed (预处理错误)：if-Unmodified-Since指令，如果文件被修改:则不传输,服务器返回该状态码

浏览器中的操作对缓存的影响:

强制刷新 – 当按下ctrl+F5来刷新页面的时候, 浏览器将绕过各种缓存(本地缓存和协商缓存), 直接让服务器返回最新的资源;

普通刷新 – 当按下F5来刷新页面的时候,浏览器将绕过本地缓蹲来发送请求到服务器, 此时, 协商缓存是有效的

回车或转向 – 当在地址栏上输入回车或者按下跳转按钮的时候, 所有缓存都生效