http 缓存

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HTTP 缓存机制概述

HTTP 缓存机制通过在客户端或代理服务器上存储响应数据，以减少网络延迟和服务器负载，从而加快网页加载速度。缓存机制主要涉及两个策略：强缓存和协商缓存。

强缓存

强缓存是指客户端在缓存有效期内直接使用缓存的数据，而不向服务器发送请求。

协商缓存

协商缓存是指客户端每次请求资源时，都会向服务器发送验证请求，以确认缓存的数据是否仍然有效。如果有效，则服务器返回 304（Not Modified），客户端继续使用缓存数据；否则，服务器返回新的资源数据。

客户端与服务端的交互过程

1. 初次请求

当客户端（如浏览器）首次请求某个资源时，服务器会返回资源数据及缓存相关的头部信息：

请求

GET /resource HTTP/1.1
Host: www.example.com

响应

HTTP/1.1 200 OK
Date: Mon, 08 Jun 2024 10:00:00 GMT
Cache-Control: max-age=3600, must-revalidate
Last-Modified: Wed, 21 Oct 2020 07:28:00 GMT
ETag: "686897696a7c876b7e"
Content-Type: text/html
Content-Length: 1234

<html>...</html>

在这个响应中：

  • Cache-Control: max-age=3600 指示资源可以被缓存 3600 秒（1 小时）。
  • Last-Modified 和 ETag 提供了资源的最后修改时间和实体标签，用于后续的协商缓存请求。

2. 强缓存

在缓存有效期内（1 小时内），客户端再次请求相同资源时，会直接从缓存中获取数据，而不会向服务器发送请求。

请求

（客户端从缓存中读取，无需与服务器交互）

3. 协商缓存

当缓存过期后，客户端再次请求相同资源时，会向服务器发送验证请求，检查缓存数据是否仍然有效。

请求

GET /resource HTTP/1.1
Host: www.example.com
If-Modified-Since: Wed, 21 Oct 2020 07:28:00 GMT
If-None-Match: "686897696a7c876b7e"

在这个请求中：

  • If-Modified-Since 包含上次响应的 Last-Modified 时间。
  • If-None-Match 包含上次响应的 ETag 值。

响应（资源未修改）

如果资源未修改，服务器返回 304 状态码，并不包含响应体。

HTTP/1.1 304 Not Modified
Date: Mon, 08 Jun 2024 11:05:00 GMT

客户端收到 304 响应后，会继续使用缓存的数据。

响应（资源已修改）

如果资源已修改，服务器返回新的资源数据和相应的缓存头部信息。

HTTP/1.1 200 OK
Date: Mon, 08 Jun 2024 11:05:00 GMT
Cache-Control: max-age=3600, must-revalidate
Last-Modified: Mon, 08 Jun 2024 11:00:00 GMT
ETag: "9b3a4f5a7d8e2f7c9a"
Content-Type: text/html
Content-Length: 1256

<html>...</html>

在这个响应中，Last-Modified 和 ETag 值会被更新，客户端会用新的数据替换旧的缓存数据。

总结

1. 初次请求

客户端请求资源，服务器返回资源数据和缓存头部信息。

2. 强缓存

在缓存有效期内，客户端直接从缓存中获取数据，不向服务器发送请求。

3. 协商缓存

缓存过期后，客户端发送验证请求，服务器根据资源是否修改返回相应的状态码：

  • 304（Not Modified）：客户端继续使用缓存数据。
  • 200（OK）：服务器返回新的资源数据和缓存头部信息，客户端更新缓存。

通过这种机制，HTTP 缓存有效地减少了不必要的网络请求，提高了资源加载速度和用户体验。理解客户端与服务器之间的交互过程，有助于更好地配置和利用缓存机制。

4. 两者对比优先级

在 HTTP 缓存中，优先级决定了缓存机制的适用顺序以及缓存策略的使用顺序。主要的优先级关系是基于 HTTP 头部字段的组合和具体策略。以下是详细的优先级解释：

优先级原则

1. 明确的禁止缓存指令

如果响应中包含明确的禁止缓存指令，如 Cache-Control: no-store，则这些指令具有最高优先级。无论其他缓存头部如何设置，响应都不会被缓存。

Cache-Control: no-store
2. 强缓存指令

在没有禁止缓存指令的情况下，强缓存指令的优先级次之。这些指令包括 Cache-Control: max-age 和 Expires。其中，Cache-Control 的优先级高于 Expires。

Cache-Control
Cache-Control: max-age=3600
Expires
Expires: Wed, 21 Oct 2023 07:28:00 GMT

如果两者同时存在，Cache-Control 会覆盖 Expires：

Cache-Control: max-age=3600
Expires: Wed, 21 Oct 2023 07:28:00 GMT
3. 协商缓存

如果没有强缓存指令，或者强缓存已过期，协商缓存指令将生效。常用的协商缓存头部包括 Last-Modified 和 ETag，客户端会在请求中使用 If-Modified-Since 和 If-None-Match 进行验证。

Last-Modified
Last-Modified: Wed, 21 Oct 2020 07:28:00 GMT
ETag
ETag: "686897696a7c876b7e"
客户端请求中的条件头部
If-Modified-Since: Wed, 21 Oct 2020 07:28:00 GMT
If-None-Match: "686897696a7c876b7e"
4. 特殊的 Cache-Control 指令

某些 Cache-Control 指令会影响上述优先级，包括：

  • no-cache：强制客户端在使用缓存数据前验证资源的新鲜度。
  • must-revalidate：缓存过期后，必须向服务器重新验证。
No-cache 示例
Cache-Control: no-cache
Must-revalidate 示例
Cache-Control: must-revalidate

客户端与服务端的交互过程

示例 1：禁止缓存

客户端请求资源，服务器返回响应并明确禁止缓存：

请求
GET /resource HTTP/1.1
Host: www.example.com
响应
HTTP/1.1 200 OK
Cache-Control: no-store
Content-Type: text/html
Content-Length: 1234

<html>...</html>

结果：客户端不会缓存响应数据。

示例 2：强缓存（Cache-Control 优先级高于 Expires）

服务器设置强缓存指令：

请求
GET /resource HTTP/1.1
Host: www.example.com
响应
HTTP/1.1 200 OK
Cache-Control: max-age=3600
Expires: Wed, 21 Oct 2023 07:28:00 GMT
Content-Type: text/html
Content-Length: 1234

<html>...</html>

结果：客户端缓存数据 3600 秒（1 小时），Cache-Control 优先于 Expires。

示例 3：协商缓存

强缓存过期后，客户端发起协商缓存请求：

初次请求
GET /resource HTTP/1.1
Host: www.example.com
初次响应
HTTP/1.1 200 OK
Cache-Control: max-age=10
Last-Modified: Wed, 21 Oct 2020 07:28:00 GMT
ETag: "686897696a7c876b7e"
Content-Type: text/html
Content-Length: 1234

<html>...</html>
强缓存过期后客户端请求
GET /resource HTTP/1.1
Host: www.example.com
If-Modified-Since: Wed, 21 Oct 2020 07:28:00 GMT
If-None-Match: "686897696a7c876b7e"
响应（资源未修改）
HTTP/1.1 304 Not Modified
Date: Mon, 08 Jun 2024 10:05:00 GMT

结果：服务器返回 304，客户端继续使用缓存数据。

示例 4：特殊 Cache-Control 指令

服务器响应中包含 no-cache 或 must-revalidate 指令：

请求
GET /resource HTTP/1.1
Host: www.example.com
响应
HTTP/1.1 200 OK
Cache-Control: no-cache
Last-Modified: Wed, 21 Oct 2020 07:28:00 GMT
ETag: "686897696a7c876b7e"
Content-Type: text/html
Content-Length: 1234

<html>...</html>

结果：客户端每次使用缓存前必须向服务器验证数据的新鲜度。

总结

HTTP 缓存的优先级从高到低依次为：

  1. 明确的禁止缓存指令（如 Cache-Control: no-store）
  2. 强缓存指令（如 Cache-Control: max-age，优先于 Expires）
  3. 协商缓存（如 Last-Modified 和 ETag 结合 If-Modified-Since 和 If-None-Match）
  4. 特殊 Cache-Control 指令（如 no-cache 和 must-revalidate）

了解这些优先级和交互过程，可以帮助开发者更好地控制缓存行为，提高 Web 应用的性能和用户体验。

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