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程序員的成長之路

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作者丨saucxs

https://www.mwcxs.top/page/565.html

概述

瀏覽器的緩存機制也就是我們說的HTTP緩存機制，其機制是根據(jù)HTTP報文的緩存標識進行的，所以在分析瀏覽器緩存機制之前，我們先使用圖文簡單介紹一下HTTP報文。

HTTP報文分為兩種：HTTP請求(Request)報文，報文格式為：請求行 – HTTP頭(通用信息頭，請求頭，實體頭) – 請求報文主體(只有POST才有報文主體)，如下圖

HTTP響應(Response)報文，報文格式為：狀態(tài)行 – HTTP頭(通用信息頭，響應頭，實體頭) – 響應報文主體，如下圖

注：通用信息頭指的是請求和響應報文都支持的頭域，分別為Cache-Control、Connection、Date、Pragma、Transfer-Encoding、Upgrade、Via；實體頭則是實體信息的實體頭域，分別為Allow、Content-Base、Content-Encoding、Content-Language、Content-Length、Content-Location、Content-MD5、Content-Range、Content-Type、Etag、Expires、Last-Modified、extension-header。

這里只是為了方便理解，將通用信息頭，響應頭/請求頭，實體頭都歸為了HTTP頭。以上的概念在這里我們不做多講解，只簡單介紹，有興趣的童鞋可以自行研究。

緩存過程分析

瀏覽器與服務器通信的方式為應答模式，即是：瀏覽器發(fā)起HTTP請求 – 服務器響應該請求。

那么瀏覽器第一次向服務器發(fā)起該請求后拿到請求結(jié)果，會根據(jù)響應報文中HTTP頭的緩存標識，決定是否緩存結(jié)果，是則將請求結(jié)果和緩存標識存入瀏覽器緩存中，簡單的過程如下圖：

由上圖我們可以知道：

瀏覽器每次發(fā)起請求，都會先在瀏覽器緩存中查找該請求的結(jié)果以及緩存標識
瀏覽器每次拿到返回的請求結(jié)果都會將該結(jié)果和緩存標識存入瀏覽器緩存中

以上兩點結(jié)論就是瀏覽器緩存機制的關(guān)鍵，他確保了每個請求的緩存存入與讀取，只要我們再理解瀏覽器緩存的使用規(guī)則，那么所有的問題就迎刃而解了，本文也將圍繞著這點進行詳細分析。

為了方便大家理解，這里我們根據(jù)是否需要向服務器重新發(fā)起HTTP請求將緩存過程分為兩個部分，分別是強制緩存和協(xié)商緩存。

強制緩存

強制緩存就是向瀏覽器緩存查找該請求結(jié)果，并根據(jù)該結(jié)果的緩存規(guī)則來決定是否使用該緩存結(jié)果的過程，強制緩存的情況主要有三種(暫不分析協(xié)商緩存過程)，如下：不存在該緩存結(jié)果和緩存標識，強制緩存失效，則直接向服務器發(fā)起請求（跟第一次發(fā)起請求一致），如下圖：

存在該緩存結(jié)果和緩存標識，但該結(jié)果已失效，強制緩存失效，則使用協(xié)商緩存(暫不分析)，如下圖

存在該緩存結(jié)果和緩存標識，且該結(jié)果尚未失效，強制緩存生效，直接返回該結(jié)果，如下圖

那么強制緩存的緩存規(guī)則是什么？

當瀏覽器向服務器發(fā)起請求時，服務器會將緩存規(guī)則放入HTTP響應報文的HTTP頭中和請求結(jié)果一起返回給瀏覽器，控制強制緩存的字段分別是Expires和Cache-Control，其中Cache-Control優(yōu)先級比Expires高。

Expires

Expires是HTTP/1.0控制網(wǎng)頁緩存的字段，其值為服務器返回該請求結(jié)果緩存的到期時間，即再次發(fā)起該請求時，如果客戶端的時間小于Expires的值時，直接使用緩存結(jié)果。

Expires是HTTP/1.0的字段，但是現(xiàn)在瀏覽器默認使用的是HTTP/1.1，那么在HTTP/1.1中網(wǎng)頁緩存還是否由Expires控制？

到了HTTP/1.1，Expire已經(jīng)被Cache-Control替代，原因在于Expires控制緩存的原理是使用客戶端的時間與服務端返回的時間做對比，那么如果客戶端與服務端的時間因為某些原因（例如時區(qū)不同；客戶端和服務端有一方的時間不準確）發(fā)生誤差，那么強制緩存則會直接失效，這樣的話強制緩存的存在則毫無意義，那么Cache-Control又是如何控制的呢？

Cache-Control

在HTTP/1.1中，Cache-Control是最重要的規(guī)則，主要用于控制網(wǎng)頁緩存，主要取值為：

public：所有內(nèi)容都將被緩存（客戶端和代理服務器都可緩存）
private：所有內(nèi)容只有客戶端可以緩存，Cache-Control的默認取值
no-cache：客戶端緩存內(nèi)容，但是是否使用緩存則需要經(jīng)過協(xié)商緩存來驗證決定
no-store：所有內(nèi)容都不會被緩存，即不使用強制緩存，也不使用協(xié)商緩存
max-age=xxx (xxx is numeric)：緩存內(nèi)容將在xxx秒后失效

接下來，我們直接看一個例子，如下：

由上面的例子我們可以知道：

HTTP響應報文中expires的時間值，是一個絕對值
HTTP響應報文中Cache-Control為max-age=600，是相對值

由于Cache-Control的優(yōu)先級比expires，那么直接根據(jù)Cache-Control的值進行緩存，意思就是說在600秒內(nèi)再次發(fā)起該請求，則會直接使用緩存結(jié)果，強制緩存生效。

注：在無法確定客戶端的時間是否與服務端的時間同步的情況下，Cache-Control相比于expires是更好的選擇，所以同時存在時，只有Cache-Control生效。

了解強制緩存的過程后，我們拓展性的思考一下：

瀏覽器的緩存存放在哪里，如何在瀏覽器中判斷強制緩存是否生效？

這里我們以博客的請求為例，狀態(tài)碼為灰色的請求則代表使用了強制緩存，請求對應的Size值則代表該緩存存放的位置，分別為from memory cache 和 from disk cache。

那么from memory cache 和 from disk cache又分別代表的是什么呢？什么時候會使用from disk cache，什么時候會使用from memory cache呢？

from memory cache代表使用內(nèi)存中的緩存，from disk cache則代表使用的是硬盤中的緩存，瀏覽器讀取緩存的順序為memory –> disk。

雖然我已經(jīng)直接把結(jié)論說出來了，但是相信有不少人對此不能理解，那么接下來我們一起詳細分析一下緩存讀取問題，這里仍讓以我的博客為例進行分析：訪問https://heyingye.github.io/–> 200 –> 關(guān)閉博客的標簽頁 –> 重新打開https://heyingye.github.io/–> 200(from disk cache) –> 刷新 –> 200(from memory cache)過程如下：

訪問https://heyingye.github.io/
關(guān)閉博客的標簽頁
重新打開https://heyingye.github.io/
刷新

看到這里可能有人小伙伴問了，最后一個步驟刷新的時候，不是同時存在著from disk cache和from memory cache嗎？

對于這個問題，我們需要了解內(nèi)存緩存(from memory cache)和硬盤緩存(from disk cache)，如下:

內(nèi)存緩存(from memory cache)：內(nèi)存緩存具有兩個特點，分別是快速讀取和時效性：
快速讀取：內(nèi)存緩存會將編譯解析后的文件，直接存入該進程的內(nèi)存中，占據(jù)該進程一定的內(nèi)存資源，以方便下次運行使用時的快速讀取。
時效性：一旦該進程關(guān)閉，則該進程的內(nèi)存則會清空。
硬盤緩存(from disk cache)：硬盤緩存則是直接將緩存寫入硬盤文件中，讀取緩存需要對該緩存存放的硬盤文件進行I/O操作，然后重新解析該緩存內(nèi)容，讀取復雜，速度比內(nèi)存緩存慢。

在瀏覽器中，瀏覽器會在js和圖片等文件解析執(zhí)行后直接存入內(nèi)存緩存中，那么當刷新頁面時只需直接從內(nèi)存緩存中讀取(from memory cache)；而css文件則會存入硬盤文件中，所以每次渲染頁面都需要從硬盤讀取緩存(from disk cache)。

協(xié)商緩存

協(xié)商緩存就是強制緩存失效后，瀏覽器攜帶緩存標識向服務器發(fā)起請求，由服務器根據(jù)緩存標識決定是否使用緩存的過程，主要有以下兩種情況：協(xié)商緩存生效，返回304，如下

協(xié)商緩存失效，返回200和請求結(jié)果結(jié)果，如下

同樣，協(xié)商緩存的標識也是在響應報文的HTTP頭中和請求結(jié)果一起返回給瀏覽器的，控制協(xié)商緩存的字段分別有：Last-Modified / If-Modified-Since和Etag / If-None-Match，其中Etag / If-None-Match的優(yōu)先級比Last-Modified / If-Modified-Since高。

Last-Modified / If-Modified-Since

Last-Modified是服務器響應請求時，返回該資源文件在服務器最后被修改的時間，如下。

If-Modified-Since則是客戶端再次發(fā)起該請求時，攜帶上次請求返回的Last-Modified值，通過此字段值告訴服務器該資源上次請求返回的最后被修改時間。

服務器收到該請求，發(fā)現(xiàn)請求頭含有If-Modified-Since字段，則會根據(jù)If-Modified-Since的字段值與該資源在服務器的最后被修改時間做對比，若服務器的資源最后被修改時間大于If-Modified-Since的字段值，則重新返回資源，狀態(tài)碼為200；否則則返回304，代表資源無更新，可繼續(xù)使用緩存文件，如下。

Etag / If-None-Match

Etag是服務器響應請求時，返回當前資源文件的一個唯一標識(由服務器生成)，如下。

If-None-Match是客戶端再次發(fā)起該請求時，攜帶上次請求返回的唯一標識Etag值，通過此字段值告訴服務器該資源上次請求返回的唯一標識值。

服務器收到該請求后，發(fā)現(xiàn)該請求頭中含有If-None-Match，則會根據(jù)If-None-Match的字段值與該資源在服務器的Etag值做對比，一致則返回304，代表資源無更新，繼續(xù)使用緩存文件；不一致則重新返回資源文件，狀態(tài)碼為200，如下。

注：Etag / If-None-Match優(yōu)先級高于Last-Modified / If-Modified-Since，同時存在則只有Etag / If-None-Match生效。

總結(jié)

強制緩存優(yōu)先于協(xié)商緩存進行，若強制緩存(Expires和Cache-Control)生效則直接使用緩存，若不生效則進行協(xié)商緩存(Last-Modified / If-Modified-Since和Etag / If-None-Match)，協(xié)商緩存由服務器決定是否使用緩存，若協(xié)商緩存失效，那么代表該請求的緩存失效，重新獲取請求結(jié)果，再存入瀏覽器緩存中；生效則返回304，繼續(xù)使用緩存，主要過程如下：