前端性能优化之HTTP缓存策略

很多时候，当打开浏览器的开发者工具，查看网络请求，对于资源大小（Size）选项，除了有具体的数字大小，还有from memory cache、from disk cache字段之类出现。

这里就有很多疑问，这些字段代表着什么意思？这些字段又是谁来决定的？

缓存位置

从字面意思理解，大概也能猜到，这些字段代表着缓存位置。 按优先级，Size选项字段可分为：

• from Service Worker
• from memory cache
• from disk cache
• 真正的网络请求（显示资源的具体大小）

Service Worker

本质是作为服务器与客户端之间的代理服务器，伴随着PWA出现。Service Worker真正意义上将缓存控制权交给了前端，相比于LocalStorage、SessionStorage，后两者只是单纯的接口数据缓存，例如用户信息（一个对象）、列表信息（一个数组），而前者可以缓存静态资源，甚至拦截网络请求，根据网络状况作出不同的缓存策略。当然，这不是本文讨论的重点。

memory cache

顾名思义，这个是将资源缓存在了内存中。事实上，所有的网络请求都会被浏览器缓存到内存中，当然，内存容量有限，缓存不能无限存放在内存中，因此，注定是个短期缓存。

内存缓存的控制权在浏览器，前后端都不能干涉。

disk cache

与内存缓存相对的，这个是将资源缓存在硬盘中。虽然相比于内存，硬盘的读取速度要慢很多，但总比没有强。

硬盘缓存的控制权在后端，通过什么控制呢？通过HTTP响应头控制，这是本文重点讨论的。

缓存策略

disk cache也叫http cahce，因为其严格遵守http响应头字段来判断哪些资源是否要被缓存，哪些资源是否已经过期。绝大多数缓存都是disk cache。

disk cahce分为强制缓存与对比缓存。

强制缓存

控制强制缓存的有两种http响应头字段：

Expires: Fri, 08 Feb 2019 05:37:33 GMT

字段的值就代表了资源的过期时间，不过这个值是相对于客户端，并且客户端本地时间可以任意修改，因此这个字段并不可靠。Expires字段是Http 1.0的，Http 1.1 用Cache-Control字段替代它：

Cache-Control: max-age=2592000

Cache-control字段使用了绝对时间，单位为秒，即最大有效时间，在有效时间内，客户端直接从硬盘中读取资源。

看个例子，用Node.js搭建一个静态资源服务器，设置Cache-Control: max-age=2592000，每次请求都会被服务器打印出：

const server = http.createServer((req, res) => {
    console.log(`收到请求，请求地址为: ${req.url}`);
    fs.readFile(path.resolve(__dirname, './image.png'), (err, file) => {
        if (err) {
            res.end(err.message);
        }

        res.setHeader('Cache-control', 'max-age=2592000');
        res.end(file);
    });
}).listen(3000);

console.log('localhost:3000服务已开启!');
复制代码

第一次访问：

第二次访问：

可以看到，第一次请求，浏览器根据响应头中的Cache-Control字段，将资源缓存在硬盘中，第二次请求，浏览器直接从硬盘中读取资源，并没有发送网络请求到服务器。

Cache-Control字段有以下可取值：

• max-age=xxx，最大的有效时间
• must-revalidate，如果超过了max-age的时间，必须向服务器发送请求，验证资源的有效性
• no-cache，基本等价于max-age=0，由对比缓存来决定是否缓存资源
• no-store，真正意义上的不缓存
• public，所有内容都可以被缓存
• private，所有内容只有客户端可以缓存，代理服务器不能缓存。默认值

对比缓存

不同于强制缓存，浏览器直接根据响应头Cache-Control字段直接判断缓存资源是否有效，对比缓存需要再次向服务器确认。

Last-Modified & If-Modified-Since

服务器通过响应头Last-Modified告知浏览器，资源最后被修改的时间：

Last-Modified: Fri, 08 Feb 2019 15:20:04 GMT

当再次请求该资源时，浏览器需要再次向服务器确认，资源是否过期，其中的凭证就是请求头If-Modified-Since字段，值为上次请求中响应头Last-Modified字段的值：

If-Modified-Since: Fri, 08 Feb 2019 15:20:04 GMT

服务器会接收If-Modified-Since字段的值与被请求资源的最后修改时间作比较

如果If-Modified-Since的值大于被请求资源的最后修改时间，则说明浏览器缓存的资源仍然有效，服务器会返回304状态码，告知浏览器直接取缓存即可。其中服务器返回的只有Http头部，并不包含主体（不然就没有缓存的意义了）。

否则，就跟正常的请求一样，服务器返回200状态码，并附带最新的资源。

看个例子，稍微修改下刚才的Node.js代码：

const server = http.createServer((req, res) => {
    console.log(`收到请求，请求地址为: ${req.url}`);

    const filename = path.resolve(__dirname, './image.png');

    fs.stat(filename, (err, stat) => {
        const lastModified = stat.mtime.toUTCString();

        if (lastModified === req.headers['if-modified-since']) {
            res.writeHead(304, 'Not Modified');
            res.end();
        }
        else {
            fs.readFile(filename, (err, file) => {
                if (err) {
                    res.end(err.message);
                }
                
                res.setHeader('Last-Modified', lastModified);
                res.end(file);
            });
        }
    });
}).listen(3000);

console.log('localhost:3000服务已开启!');
复制代码

第一次请求：

第二次请求：

比对两次请求可以看到，除了状态码变成了304，资源大小也从57.8K降到了90B，这也证明响应中不包含http主体。

Etag & If-None-Match

Last-Modiflied与Expires一样，也是有缺陷的。如果，资源的变化的时间间隔小于秒级，比如说是毫秒级的，或者说资源直接是动态生成的，那根据Last-Modified判断，资源就是每时每刻都最新的，即被修改过！

所以，Etag & If-Node-Match 就是来解决这个问题的。

Etag字段的值为文件的特殊标识，一般都是hash生成的，服务器存储着资源的Etag值。接下来的流程都与Lst-Modified & If-Modified-Since一致，只不过，比较的值从最后修改时间变成了Etag值。

Etag的优点在于，对于动态资源或者现在流行的Restful API返回的JSON数据，这些是没有修改时间这一说法的，但是Http标准并没有规定Etag值如何生成，因此我们通过代码自己生成Etag值。当然，计算Etag值会消耗服务器性能。

优先级

强制缓存与对比缓存是可以同时存在的，并且强制缓存的优先级高于对比缓存。实际应用中，也是两者共同使用的。

看个例子，在响应头中同时加上Cache-Control与Last-Modified：

res.setHeader('Cache-control', 'max-age=600');
res.setHeader('Last-Modified', lastModified);
复制代码

第一次请求：

第二次请求：

可以看到，虽然有Last-Modified字段，但还是直接从硬盘中获取资源。