詳解瀏覽器的緩存機(jī)制

前言

瀏覽器緩存是前端性能優(yōu)化的重要一環(huán)，對(duì)于前端效率提升的重要性，不言而喻。

之前對(duì)于瀏覽器緩存也是一知半解，這次借著H5頁(yè)面緩存優(yōu)化的東風(fēng)整理了一下本地瀏覽器端的緩存機(jī)制，如強(qiáng)制緩存、協(xié)商緩存等，并且然后結(jié)合門(mén)戶域各部件（官網(wǎng)、云社區(qū)、云市場(chǎng)、個(gè)人中心、APP）當(dāng)前的緩存機(jī)制進(jìn)一步分解，旨在呈現(xiàn)下當(dāng)前華為云官網(wǎng)的緩存策略，供大家參考。

1 瀏覽器緩存

1.1 瀏覽器緩存

緩存是一種本地保存遠(yuǎn)端資源的機(jī)制，不管是在客戶端、還是在服務(wù)端存儲(chǔ)著，用相同的URL進(jìn)行數(shù)據(jù)請(qǐng)求，可以直接從緩存中請(qǐng)求資源而不再訪問(wèn)源服務(wù)器。

Web前端緩存大致可以分為：數(shù)據(jù)庫(kù)緩存、服務(wù)器端緩存（代理服務(wù)器緩存、CDN緩存）、瀏覽器緩存。

瀏覽器緩存也包含很多內(nèi)容：HTTP 緩存、indexDB、cookie、localstorage 等等。這里我們只討論 HTTP 緩存相關(guān)內(nèi)容。

1.2 瀏覽器緩存的意義

瀏覽器在本地對(duì)用戶對(duì)最近請(qǐng)求過(guò)的文檔進(jìn)行存儲(chǔ)，當(dāng)用戶再次訪問(wèn)同一頁(yè)面時(shí)，瀏覽器就可以直接從本地磁盤(pán)加載文件。瀏覽器緩存的意義主要在：

a. 避免了冗余的數(shù)據(jù)傳輸，節(jié)省流量；

b. 加快了用戶訪問(wèn)網(wǎng)頁(yè)的速度；

c. 減小了服務(wù)器的壓力。

2 緩存類型

2.1 第一次請(qǐng)求數(shù)據(jù)

瀏覽器第一次請(qǐng)求數(shù)據(jù)時(shí)，瀏覽器緩存中沒(méi)有對(duì)應(yīng)的緩存數(shù)據(jù)，此時(shí)需要請(qǐng)求服務(wù)器，瀏覽器返回?cái)?shù)據(jù)后，會(huì)把請(qǐng)求的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)至緩存數(shù)據(jù)庫(kù)中。

當(dāng)瀏覽器中存在緩存數(shù)據(jù)后，可以根據(jù)是否需要向服務(wù)器發(fā)送請(qǐng)求，將緩存類型分為：強(qiáng)制緩存和協(xié)商緩存。

2.2 強(qiáng)制緩存

用戶請(qǐng)求數(shù)據(jù)，如果命中強(qiáng)緩存，則不向服務(wù)器請(qǐng)求，而直接從本地資源獲取，返回200狀態(tài)碼，并提示from disk cache或from memory cache（比從disk快）。

2.3 協(xié)商緩存

在用戶請(qǐng)求資源時(shí)，瀏覽器直接向服務(wù)器發(fā)送請(qǐng)求，協(xié)商對(duì)比服務(wù)端和本地的資源，驗(yàn)證本地資源是否失效。

2.4 強(qiáng)制緩存和協(xié)商緩存的關(guān)系

強(qiáng)制緩存和協(xié)商緩存命中緩存資源后，都是從本地讀取資源。如果強(qiáng)制緩存生效，則不需要再向服務(wù)器發(fā)出請(qǐng)求；而協(xié)商緩存，不管是否使用緩存，必須向服務(wù)器發(fā)送一個(gè)請(qǐng)求來(lái)協(xié)商。

兩類緩存規(guī)則可以同時(shí)存在，強(qiáng)制緩存優(yōu)先級(jí)高于協(xié)商緩存，也就是說(shuō)，當(dāng)執(zhí)行強(qiáng)制緩存的規(guī)則時(shí)，如果緩存生效，直接使用緩存，不再執(zhí)行協(xié)商緩存規(guī)則。如果強(qiáng)制緩存規(guī)則不生效，則需要進(jìn)行協(xié)商緩存判斷。

3 緩存相關(guān)header

上文介紹了強(qiáng)制緩存與協(xié)商緩存的流程，那么在瀏覽器中，瀏覽器如何判定緩存數(shù)據(jù)是否失效呢？如何確認(rèn)是否使用緩存數(shù)據(jù)呢？

3.1 強(qiáng)制緩存

強(qiáng)制緩存的response header中會(huì)有兩個(gè)字段來(lái)表明失效規(guī)則（Expires/Cache-Control）

1. Expires：Expires的值為服務(wù)端返回的到期時(shí)間，即下一次請(qǐng)求時(shí)，請(qǐng)求時(shí)間小于服務(wù)端返回的到期時(shí)間，直接使用緩存數(shù)據(jù)。不過(guò)Expires 是HTTP 1.0的東西，現(xiàn)在默認(rèn)瀏覽器均默認(rèn)使用HTTP 1.1，所以它的作用基本忽略。另一個(gè)問(wèn)題是，到期時(shí)間是由服務(wù)端生成的，但是客戶端時(shí)間可能跟服務(wù)端時(shí)間有誤差，這就會(huì)導(dǎo)致緩存命中的誤差。 所以HTTP 1.1 的版本，使用Cache-Control替代。

2. Cache-Control：Cache-Control 是最重要的規(guī)則。常見(jiàn)的取值有private、public、no-cache、max-age，

Expires和Cache-Control的關(guān)系：

a. 相同點(diǎn)：兩者都是強(qiáng)緩存。

b. 不同點(diǎn)：

• Expires是http1.0規(guī)定的，而Cache-Control是http1.1規(guī)定的。
• Expires的過(guò)期時(shí)間采用的是絕對(duì)時(shí)間，容易造成差錯(cuò)； 而Cache-Control的過(guò)期時(shí)間采用的時(shí)相對(duì)時(shí)間，在緩存上不會(huì)出現(xiàn)問(wèn)題。
• 兩者可以同時(shí)存在于一次請(qǐng)求中，但是不會(huì)同時(shí)在一次請(qǐng)求中起作用。 在HTTP1.0的環(huán)境下，Cache-Control不起作用，Expires起作用； 在HTTP1.1的環(huán)境之下， Expires不起作用，而Cache-Control起作用。當(dāng)前一般都是http1.1的情況，所以Expires是作為一種向下兼容的形式而存在的。
• Cache-Control的選擇更多，功能更為強(qiáng)大，推薦使用。 Expires作為強(qiáng)緩存，功能單一，不推薦使用。

例如：下圖（華為云官網(wǎng)首頁(yè)）中，文件global.js的Cache-Control指定的緩存失效時(shí)間max-age為86400s（1天）：

3.2 協(xié)商緩存

協(xié)商緩存一般是使用 if-modified-since/Last-Modified 和 if-none-match/Etag 由服務(wù)器來(lái)決定瀏覽器緩存的資源是否可以使用。

1. Last-Modified / If-Modified-Since

Last-Modified：服務(wù)器響應(yīng)請(qǐng)求時(shí)，告訴瀏覽器資源最后的修改時(shí)間。

If-Modified-Since：瀏覽器再次請(qǐng)求資源時(shí)，瀏覽器通知服務(wù)器，上次請(qǐng)求時(shí)，返回的資源最后修改時(shí)間。

若最后修改時(shí)間小于等于If-Modified-Since，則response header返回304，告知瀏覽器繼續(xù)使用所保存的cache。若大于If-Modified-Since，則說(shuō)明資源被改動(dòng)過(guò)，返回狀態(tài)碼200；

2. If-none-match / Etag

Etag：服務(wù)器響應(yīng)請(qǐng)求時(shí)，告訴瀏覽器當(dāng)前資源在瀏覽器的唯一標(biāo)識(shí)（生成規(guī)則由服務(wù)器確定）

If-None-Match：再次請(qǐng)求服務(wù)器時(shí)，通過(guò)此字段通知服務(wù)器客戶端緩存數(shù)據(jù)的唯一標(biāo)識(shí)。服務(wù)器收到請(qǐng)求后發(fā)現(xiàn)有If-None-Match 則與被請(qǐng)求資源的唯一標(biāo)識(shí)進(jìn)行比對(duì)，不同，說(shuō)明資源又被改動(dòng)過(guò)，則響應(yīng)整片資源內(nèi)容，返回狀態(tài)碼200；相同，說(shuō)明資源無(wú)新修改，則響應(yīng)HTTP 304，告知瀏覽器繼續(xù)使用所保存的cache。

Etag與Last-Modified對(duì)比：

1.在精確度上，Etag優(yōu)于Last-Modified。Last-Modified精確到s，如果1s內(nèi)，資源多次改變，Etag是可以判斷出來(lái)并返回最新的資源。

2.在性能上，Last-Modified優(yōu)于Etag，因?yàn)長(zhǎng)ast-Modified只需要記錄時(shí)間，而Etag需要服務(wù)器重新生成hash值，所以性能上略差。

3.在優(yōu)先級(jí)上，Etag優(yōu)于Last-Modified，Etag和Last-Modified可同時(shí)存在。本地緩存時(shí)間到期后，瀏覽器向服務(wù)端發(fā)送請(qǐng)求報(bào)文，其中Request Header中包含If-none-match和Last-Modified-Since（與服務(wù)端Etag和Last-Modified對(duì)比，Etag優(yōu)先級(jí)高），用以驗(yàn)證本地緩存數(shù)據(jù)驗(yàn)證是否與服務(wù)端保持一致。在服務(wù)器端會(huì)優(yōu)先判斷Etag。如果相同，返回304；如果不同，就繼續(xù)比較Last-Modified，然后決定是否返回新的資源。若服務(wù)端驗(yàn)證本地緩存與服務(wù)端一致，返回304，瀏覽器加載本地緩存；否則，服務(wù)器返回請(qǐng)求的資源，同時(shí)給出新的Etag以及Last-Modified時(shí)間。

3.3 緩存請(qǐng)求

以下為瀏覽器緩存的流程：

4 實(shí)例分析

對(duì)于客戶端來(lái)說(shuō)，瀏覽器在使用本地緩存數(shù)據(jù)時(shí)，需要對(duì)齊本地與服務(wù)器的資源；但是，對(duì)于服務(wù)端，服務(wù)器將資源下發(fā)給客戶端，服務(wù)端就失去了對(duì)齊的控制權(quán)。比如，服務(wù)端設(shè)定緩存失效的max-age，在這段時(shí)間內(nèi)，哪怕服務(wù)端資源已發(fā)生更改，服務(wù)端也無(wú)法通知客戶端資源更新通知。所以，對(duì)于一個(gè)網(wǎng)頁(yè)來(lái)說(shuō)，需要合理的指定緩存的廢棄與更新的響應(yīng)策略，從而既能提升頁(yè)面加載速度，同時(shí)確保頁(yè)面的準(zhǔn)確性。

以下結(jié)合華為云官網(wǎng)各部件，分析緩存的廢棄和更新的響應(yīng)策略：

4.1 官網(wǎng)首頁(yè)：

注釋：

• Html：緩存有效時(shí)間為0s，頁(yè)面加載時(shí)，強(qiáng)制瀏覽器每次向源服務(wù)器確認(rèn)數(shù)據(jù)；
• Css：改動(dòng)頻率較低，允許使用本地緩存，且存在強(qiáng)制緩存時(shí)間（各個(gè)css文件不同，按需設(shè)置）；強(qiáng)制緩存失效再進(jìn)行協(xié)商緩存；
• Js：允許使用本地緩存，且存在強(qiáng)制緩存時(shí)間（各個(gè)js文件不同，按需設(shè)置）；強(qiáng)制緩存失效再進(jìn)行協(xié)商緩存；
• Image：圖片修改頻率更低，允許使用本地緩存，且存在強(qiáng)制緩存時(shí)間（各個(gè)image文件不同，按需設(shè)置）；強(qiáng)制緩存失效再進(jìn)行協(xié)商緩存；
• Gif：官網(wǎng)中g(shù)if主要存在于banner輪播，因此確保時(shí)效性，使用no-cache，不允許緩存，強(qiáng)制每次向源服務(wù)器確認(rèn)數(shù)據(jù)。

注意（以下已官網(wǎng)首頁(yè)為例，介紹緩存與版本號(hào)的關(guān)系，其余各部件都存在相同問(wèn)題，后續(xù)不一一解釋。）：

上圖描述的是可緩存文件的緩存策略。但是，網(wǎng)頁(yè)中還有很多文件，比如global.js、global.css等，更新頻率較快，如果一直使用本地緩存可能會(huì)影響頁(yè)面的正確性。因此，在引用這部分文件時(shí)，會(huì)在文件后添加個(gè)版本號(hào)，用以刷新緩存，以此確保本地資源的時(shí)效性，添加版本號(hào)的目的是為了強(qiáng)制要求文件每次加載重新向服務(wù)端請(qǐng)求。如下，左圖給出了部分文件的版本號(hào)后綴。這部分文件在瀏覽器重新加載后，請(qǐng)求報(bào)文的頭文件，Request Header的Cache-control值為no-cache，即無(wú)緩存，重新請(qǐng)求數(shù)據(jù)。如下右圖所示：

4.2 社區(qū)

注釋：

• Html：緩存權(quán)限為public；本地緩存到期時(shí)間expires為固定Thu, 19 Nov 1981 08:52:00 GMT，也就是本地緩存永遠(yuǎn)是到期的；因此，每次加載頁(yè)面都需要重新向源服務(wù)器獲取資源。
• Css：改動(dòng)頻率較低，允許使用本地緩存，且強(qiáng)制緩存時(shí)間為1天；強(qiáng)制緩存失效再進(jìn)行協(xié)商緩存；
• Js：允許使用本地緩存，且強(qiáng)制緩存時(shí)間為1天；強(qiáng)制緩存失效再進(jìn)行協(xié)商緩存；
• Image：圖片修改頻率更低，png格式文件允許使用本地緩存，且強(qiáng)制緩存時(shí)間為1周，jpg格式文件為一月； 本地緩存到期后，會(huì)繼續(xù)通過(guò)判定Etag和Last-Modified，驗(yàn)證本地緩存的有效性，（方法見(jiàn)3.2，優(yōu)先級(jí)）。圖片的緩存策略中，強(qiáng)緩存和協(xié)商緩存同時(shí)存在，因?yàn)轫?yè)面中一般圖片資源較大，但是修改頻率較低，所以使用緩存可以提升瀏覽器加載速度。

4.3 云市場(chǎng)

注釋：

• Css：強(qiáng)制緩存時(shí)間為1天；強(qiáng)制緩存失效再進(jìn)行協(xié)商緩存；
• Js：強(qiáng)制緩存時(shí)間為1天；強(qiáng)制緩存失效再進(jìn)行協(xié)商緩存；
• Image：強(qiáng)制緩存時(shí)間為1周；強(qiáng)制緩存失效再進(jìn)行協(xié)商緩存；

4.4 個(gè)人中心

注釋：

• Css：強(qiáng)制緩存時(shí)間為1天；強(qiáng)制緩存失效再進(jìn)行協(xié)商緩存；
• Js：強(qiáng)制緩存時(shí)間為1天或1周，不同文件不同；強(qiáng)制緩存失效再進(jìn)行協(xié)商緩存；
• Image：強(qiáng)制緩存時(shí)間為1周；強(qiáng)制緩存失效再進(jìn)行協(xié)商緩存；

4.5 論壇

注釋：

• Css：強(qiáng)制緩存時(shí)間為1周；強(qiáng)制緩存失效再進(jìn)行協(xié)商緩存；
• Js：強(qiáng)制緩存時(shí)間為1周，不同文件不同；強(qiáng)制緩存失效再進(jìn)行協(xié)商緩存；
• Image：強(qiáng)制緩存時(shí)間為1周；強(qiáng)制緩存失效再進(jìn)行協(xié)商緩存；

4.6 App

移動(dòng)端緩存策略參考其余部件緩存機(jī)制，不另做展示。

總結(jié)

在現(xiàn)網(wǎng)頁(yè)面中，css、js、image等不同類型文件的緩存策略大致相同。即同時(shí)存在強(qiáng)緩存和協(xié)商緩存策略。對(duì)于強(qiáng)緩存，給定本地緩存的有效時(shí)間max-age，一般根據(jù)不同文件類型的確定max-age大??；對(duì)于協(xié)商緩存，給定Last-Modified和Etag標(biāo)識(shí)，服務(wù)器端驗(yàn)證客戶端緩存的有效性。本章中給出了，官網(wǎng)各部件瀏覽器端緩存策略的簡(jiǎn)介。但是，部分文件會(huì)存在特殊的緩存設(shè)置。比如，頁(yè)面中很多的js、css、image等會(huì)添加版本號(hào)，強(qiáng)制刷新緩存等。

以上就是詳解瀏覽器的緩存機(jī)制的詳細(xì)內(nèi)容，更多關(guān)于瀏覽器的緩存機(jī)制的資料請(qǐng)關(guān)注腳本之家其它相關(guān)文章！