本文翻译自: https://developer.mozilla.org/en-US/docs/Web/HTTP/Caching ,主要用于个人记录和共享,若有疏漏错误,请不吝指正,谢谢!
通过重用已获取的资源,可大幅提高web站点和应用的性能。由于web缓存减少了延迟和网络流量,因此缩短了展示一个资源所需的时间。通过使用HTTP缓存机制,web站点可实现更快更灵活的响应。
不同类型的缓存
缓存是一种保存资源副本并在下次请求时直接使用该副本的技术。当发起一个请求时,web缓存会判断是否已有此请求的一个副本(之前已经请求过一次并且被缓存了),若有,则缓存会拦截此请求,并直接返回缓存中的请求结果副本,从而防止重新到源服务器下载资源。缓存的目的:减轻服务器压力(服务器不用每次为所有客户端提供服务了),提高访问效率(因为缓存离客户端最近,可直接提供资源副本,也可节省很多传输时间)。对于网站来讲,缓存是建设高性能网站的最重要的组件,但在另外方面,缓存必须进行合理的配置才能达到最佳效果,因为并非所有资源都是永久不变动的,所以我们需要保证某个资源的缓存仅在它未变动时有效。
所有不同类型的缓存,大致可以归为两类:私有缓存 和 共享缓存。共享缓存中存储的资源副本是供所有用户使用的(比如不同浏览器,不同机器),而私有缓存是仅提供给单个用户的专有缓存(不同用户保留不同私有缓存副本)。本文仅讨论浏览器缓存和代理缓存,但就目前来讲,还有很多其他类型的缓存,比如:网关缓存、CDN、反向代理缓存、负载均衡(负载均衡是部署在服务器端的,为多个web服务器提供更可靠、更高性能以及更易进行规模化扩展的方案)。
浏览器(私有)缓存
私有缓存是单个用户的专有缓存,一般来讲,在你的浏览器设置中就可以看到“缓存”的选项。浏览器缓存保留了用户通过HTTP下载的所有文档资源,前进/后退、保存、查看源代码等操作都可以使用到此缓存,而不用再重新访问服务器。同样的,有了缓存,我们还可以实现脱机浏览文档和资源。
代理(共享)缓存
共享缓存中存放的访问结果是提供给多个用户使用的。比如:ISP或你的公司可能会组建一个本地网络的代理,该代理(服务器)会缓存不同用户访问外网时请求的公共资源,这些公共资源被缓存后,下次其他用户也访问同一资源时,就会重用此已被缓存的资源(就不用再向源站获取了),从而减少了网络浏览和延迟。
缓存操作的目标
HTTP缓存虽然是可选的,但一般是所有人都需要的。HTTP缓存通常只缓存GET请求(其他请求一般不缓存),缓存的主键由请求方法和目标URI(通常只用到URI,因为一般仅缓存GET请求)组成。通常的缓存条目有:
- 成功的查询请求的结果数据:状态码为200的GET响应(结果中可能包含资源数据如:HTML文档、图片或文件等)
- 永久性跳转:状态码为301(Moved Permanently)的响应
- 返回出错,文档不存在:状态码为404(Not Found)的响应
- 不完整的结果数据:状态码为206(Partial Content)的响应(通过Range头发起的请求所返回的结果,Range用于只获取文档某一部分)
- 其他非GET请求的结果(如果这些结果比较适合作为缓存的话)
缓存的条目也可能缓存多个,其中根据内容协商方式,每一个对应的二级键(header头中的字段)不一样。详见 Vary
头。
缓存控制
Cache-control头部
HTTP/1.1中,Cache-Control头用于指定缓存机制中的不同指令,它是可用在请求报文及响应报文中的通用头部。通过该头部提供的不同指令,你可以定义一个自己的缓存策略。
禁止缓存 方式
如下头部定义,在该方式下,缓存不会保存任何的客户端请求和服务器响应。每次客户端的请求都会发送到源服务器,并且每次源服务器返回的数据都会全部下载到客户端。
Cache-Control: no-store
Cache-Control: no-cache, no-store, must-revalidate
强制确认缓存 方式
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(译者注: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
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。与 Expires指令不同,该指令的值是相对于请求的那个时间之后的秒数。对于那些不会变动的文档资源,你可以直接将其设置为永久缓存,比如像图片、CSS文件、JS文件这些静态资源。
更多信息,参见下方的 Freshness 。
Cache-Control: max-age=31536000
验证确认
当使用了 "must-revalidate
" 指令,那就意味着缓存在考虑使用一个陈旧的资源时,必须先验证它的状态,并且,已过期的缓存将不被使用。更多信息,参见下方的 Validation。
Cache-Control: must-revalidate
Pragma
头部
Pragma
是HTTP/1.0规范中的头部,它已经不是可靠的用于过期控制的头部了,尽管它的行为和 Cache-Control: no-cache 一致(未设置Cache-Control头部的情况下)。Pragma 现仅用于兼容 HTTP/1.0 客户端。
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。(译者注: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)
下面是一个代理共享缓存的过程示例:
新鲜度的生命周期是通过若干头部值来计算的,如果设置了 "Cache-control: max-age=N
" 头部,那么新鲜度的生命期则等于 N。经常情况下,可能未设置此头部,则会检查 Expires
头部是否存在,若 Expires
头部存在,则新鲜度生命期 等于 该头部的值 减去 Date
头部的值。若两种头部都未设置,则会查找 Last-Modified
头部,若存在,则新鲜度生命期 等于 Date
头部值 减去 Last-modified
头部值 再除以 10。
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。
资源版本化
缓存使用越频繁(译者注:跟命中率有关了),那么网站的响应速度和效率就越高,为此,在最佳实践中,我们推荐尽可能地将过期时间设置得长一些,但这会导致我们很难去更新那些不常变动的资源。比如我们经常会遇到这样的需求:很多页面都引用了一些JS和CSS文件,当这些文件的内容变动时,我们希望能尽快地让其在缓存中更新。
web开发者们研究出一个方案,Steve Sounders称它为 revving[1]。其原理是,将那些经常更新的文件的文件名通过一种特别的方式来命名,即文件名中加入版本号,这样一来,每一次文件内容改变,文件名也被一起改变,就相当于新建了另一个不同的资源,那我们就可以将该资源设置为永久不过期了(通常设置为1年以上)。但为了引用这个改动后的资源,所以链接到此资源的链接地址都需要改变(译者注:其文件名改变后,相对应的URI也改变,所以链接到此资源的地址也应该改变),这也是该方案的缺点:带来了额外的复杂性,通常web开发者会使用一些工具来自动应对此缺点(译者注:如webpack),当不常变动的资源改变时,这些资源的文件名URI也随之改变,而引用这些资源的另外的经常变动的资源,也将随之改变(引用地址改变),当客户端请求常变动的资源时,它里面引用的不常变动的资源,由于加入了版本号,所以其新的版本也被下载。
这种方案有一个好处:可以解决2个资源过期时间不一致导致不一同被更新的问题。这在当网站的CSS或JS资源拥有共同的依赖时显得尤为重要,比如他们引用了同一个HTML元素,导致他们互相依赖。(译者注:举例,比如当前缓存了两个JS文件A,B,A里面是比较早期的功能,A先过期,B是晚于A开发的功能,且依赖于A,B后过期,假如这期间服务器端A和B都做了改变,加了新的功能,那么当A过期时拿到了最新版的A,而B还未过期,则使用的是旧版的B,这样页面运行时,可能导致严重错误)。
添加在资源名称上面的版本号并非必须是像1.1.3这样的常用版本定义方式,甚至可以仅仅是一个连续递增的数字,只要版本号不冲突,它可以是任意的,比如hash值或日期时间。
缓存的验证确认
当用户点击刷新(重新加载)按钮时,就会触发一个再次验证确认,当用户正常访问某网站/资源时,浏览器会检查该请求对应的缓存内容,若之前缓存的响应内容中,包含了 "Cache-control: must-revalidate
" 头部,那么也会触发一个再次验证确认。另外一个引发再次验证确认的因素是:用户可以在浏览器的 Advanced->Cache
设置选项面板中设置 强制每次加载页面时都进行验证确认。
当一个缓存副本已经到了过期时间,那么就会先到服务器验证确认此缓存的新鲜度,或者直接从服务器获取该资源最新的内容。验证确认操作仅仅在服务器的响应信息中提供了 强验证器 或 弱验证器 才会发生。
ETag头部
响应报文中的 ETag
头是一个对 用户代理透明 的值,被用来作为强验证器,意思就是说,像浏览器这样的用户代理程序并不知道其值代表的含义。若在服务器的响应报文中含有 ETag
头部,则后续客户端发起同一请求时,会附加一个 If-None-Match
头部(其值为之前Etag的值)用于让服务器验证该请求对应的缓存是否新鲜。
响应报文中的 Last-Modified
头用来作为弱验证器,之所以作为“弱”,是因为它最多只能精确到秒,若服务器的响应报文中存在 Last-Modified
头部,那么客户端发起一个 If-Modified-Since
请求来验证缓存是否新鲜。
当发起了一个验证请求,服务器可以忽略此验证请求并返回一个正常的 200
OK 响应报文,或者也可以返回
304
Not Modified
(带有一个空的实体)来告知浏览器:你可以使用当前缓存副本,后者(304)的响应报文中也可以附加一些头部,用来更新当前缓存副本中缓存的头部信息。
可变响应 - Vary头部
响应报文中的 Vary
头部用于 决定如何匹配后续请求的头部,从而决定是否采用某缓存副本,而不是从服务器获得一个新的副本。
当发起一个请求时,缓存命中了一个副本(之前缓存的响应报文信息),而这个副本中含有 Vary
头部,那么缓存需要检查 Vary
头部中所列出的头部字段,若在当前请求中的这些头部字段值 与 缓存副本中响应的头部字段值匹配,那么可以使用此缓存副本,否则需要不能使用此副本(重新请求服务器)。
有了这个头部,就可以动态地提供内容了,举个例子,当我们使用 Vary: User-Agent 头部时,缓存服务器就需要去查看新发起的请求的 User-Agent 头部是否匹配,然后再决定是否采用缓存。如果你需要为手机端用户展示不同的内容,此举可以防止将电脑端的缓存错误地提供给了手机端的用户,并且还可以帮助Google这些搜索引擎发现并抓取手机端版本的页面,以及告诉搜索引擎这不是 Cloaking 作弊。
Vary: User-Agent
由于 User-Agent
头部在移动端和电脑端中的值都是不同的,所以缓存就不会错误地将移动端内容提供给电脑端用户了,反之亦然。
参考资料
- RFC 7234: Hypertext Transfer Protocol (HTTP/1.1): Caching
- Caching Tutorial – Mark Nottingham
- HTTP caching – Ilya Grigorik
- RedBot, a tool to check your cache-related HTTP headers.
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