浏览器缓存机制

前言

对于浏览器缓存，‘一般人’只知道"浏览器有缓存"，但是不清楚浏览器的缓存机制。那么浏览器缓存到底是如何工作的呢？

概述

浏览器的缓存机制即HTTP缓存机制，其机制是根据HTTP报文的缓存标识进行的。那我们先了解一下HTTP报文：

• HTTP报文分为两种：

  • HTTP请求(Request)报文
  • HTTP响应(Response)报文

• HTTP请求(Request)报文
  报文格式为：请求行 – HTTP头(通用信息头，请求头，实体头) – 请求报文主体(只有POST才有报文主体)

  
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• HTTP响应(Response)报文
  报文格式为：状态行 – HTTP头(通用信息头，响应头，实体头) – 响应报文主体

  
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  注：
  通用信息头指的是请求和响应报文都支持的头域，分别为Cache-Control、Connection、Date、Pragma、Transfer-Encoding、Upgrade、Via；
  实体头则是实体信息的实体头域，分别为Allow、Content-Base、Content-Encoding、Content-Language、Content-Length、Content-Location、Content-MD5、Content-Range、Content-Type、Etag、Expires、Last-Modified、extension-header。
  这里只是为了方便理解，将通用信息头，响应头/请求头，实体头都归为了HTTP头。

下面进入主题

缓存过程分析

浏览器与服务器通信的方式为应答模式：浏览器发起HTTP请求 – 服务器响应该请求。
当浏览器第一次向服务器发起该请求后拿到请求结果，会根据响应报文中HTTP头的缓存标识，决定是否缓存结果，是则将请求结果和缓存标识存入浏览器缓存中，简单的过程如下图：

12request.jpg

上图得出结论：

• 浏览器每次发起请求，都会先在浏览器缓存中查找该请求的结果以及缓存标识
• 浏览器每次拿到返回的请求结果都会将该结果和缓存标识存入浏览器缓存中
  以上两点结论就是浏览器缓存机制的关键，它们确保了每个请求缓存的存入与读取。

HTTP请求将缓存过程分为两个部分，分别是强制缓存和协商缓存

• 强缓存
  用户发送请求，首先判断缓存数据是否有效，若缓存数据有效则读缓存；否则（发送请求到服务器，与服务器发生交互行为）进入协商缓存。
• 协商缓存
  用户发送的请求到服务器，若服务器数据无变化则响应状态为304，读取缓存；否则响应状态为200，正常返回数据。
• 两者共同点：客户端获得的数据最后都是从客户端缓存中获得。
• 两者的区别：强缓存不与服务器交互，而协商缓存则需要与服务器交互。

强制缓存

控制强制缓存的字段分别是Expires和Cache-Control，其中Cache-Control优先级比Expires高。

• Expires
  Expires是HTTP/1.0控制网页缓存的字段，其值为服务器返回该请求结果缓存的到期时间，即再次发起该请求时，如果客户端的时间小于Expires的值时，直接使用缓存结果。
• Cache-Control
  到了HTTP/1.1，Expire已经被Cache-Control替代，原因在于Expires控制缓存的原理是使用客户端的时间与服务端返回的时间做对比，那么如果客户端与服务端的时间因为某些原因（例如时区不同；客户端和服务端有一方的时间不准确）发生误差，那么强制缓存则会直接失效，这样的话强制缓存的存在则毫无意义，那么Cache-Control又是如何控制的呢？
  Cache-Control 的取值如下：
• public：所有内容都将被缓存（客户端和代理服务器都可缓存）
• private：所有内容只有客户端可以缓存，Cache-Control的默认取值
• no-cache：客户端缓存内容，但是是否使用缓存则需要经过协商缓存来验证决定
• no-store：所有内容都不会被缓存，即不使用强制缓存，也不使用协商缓存
• max-age=xxx (xxx is numeric)：缓存内容将在xxx秒后失效
  结论：
  HTTP响应报文中expires的时间值，是一个绝对值
  HTTP响应报文中Cache-Control为max-age=600，是相对值
  二者同时存在时，只有Cache-Control生效

协商缓存

控制协商缓存的字段分别是Last-Modified / If-Modified-Since和Etag / If-None-Match，其中Etag / If-None-Match的优先级比Last-Modified / If-Modified-Since高。

• Last-Modified
  服务器响应请求时，返回该资源文件在服务器最后被修改的时间
• If-Modified-Since
  是客户端再次发起该请求时，携带上次请求返回的Last-Modified值，通过此字段值告诉服务器该资源上次请求返回的最后被修改时间。服务器收到该请求，发现请求头含有If-Modified-Since字段，则会根据If-Modified-Since的字段值与该资源在服务器的最后被修改时间做对比，若服务器的资源最后被修改时间大于If-Modified-Since的字段值，则重新返回资源，状态码为200；否则则返回304，代表资源无更新，可继续使用缓存文件。
• Etag
  Etag是服务器响应请求时，返回当前资源文件的一个唯一标识(由服务器生成)
• If-None-Match
  If-None-Match是客户端再次发起该请求时，携带上次请求返回的唯一标识Etag值，通过此字段值告诉服务器该资源上次请求返回的唯一标识值。服务器收到该请求后，发现该请求头中含有If-None-Match，则会根据If-None-Match的字段值与该资源在服务器的Etag值做对比，一致则返回304，代表资源无更新，继续使用缓存文件；不一致则重新返回资源文件，状态码为200
  结论：
  Etag / If-None-Match优先级高于Last-Modified / If-Modified-Since，同时存在则只有Etag / If-None-Match生效。

总结

强制缓存优先于协商缓存进行，若强制缓存(Expires和Cache-Control)生效则直接使用缓存，若不生效则进行协商缓存(Last-Modified / If-Modified-Since和Etag / If-None-Match)，协商缓存由服务器决定是否使用缓存，若协商缓存失效，那么代表该请求的缓存失效，重新获取请求结果，再存入浏览器缓存中；生效则返回304，继续使用缓存。

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