[网络协议]【计算机网络】HTTP协议详解（九）：HTTP缓存

HTTP缓存

一、为什么要有缓存？

假设我们对服务器进行一次请求，HTTP请求头大小1K，HTTP响应头大小1K，请求的文件大小10K，那么一次请求完毕后总的流量大小就是12K，那么n次请求就有n*12K的流量，实际上一次请求消耗的流量会更多，访问一个页面时需要加载如css、js、图片等静态资源，如果没有缓存，那么每次重新访问该页面，就要去请求一次服务器，浪费很多流量，客户端每次请求完，又得重新进行页面渲染，用户体验也也不好，对于服务器，如果需要提供文件查找、下载服务，请求基数过大时，对服务器也会造成很大的压力

——所以就有了HTTP缓存：HTTP缓存主要针对更新频率不高的一些静态文件如CSS样式、JS脚本、图片等，而不是缓存某一个HTTP响应

二、HTTP缓存工作原理

HTTP协议里一般通过请求头、响应头来实现缓存

与缓存有关的头部字段

1.Cache-Control

——请求、响应头的缓存控制字段

2.Expires

——响应头字段，代表资源过期时间，由服务器返回提供，是http1.0的属性，与max-age共存时，优先级要更低

工作原理：服务器与客户端约定一个文件过期时间——Expires，服务器返回资源的同时，通过响应头返回一个约定时间Expires，客户端后续请求时，会先对比当前时间是否大于Expires，若没过期，则直接使用本地缓存的该资源，若已过期，则重新向服务器请求该资源，服务器返回资源同时返回刷新后的Expires

缺陷：若Expires过期时间到了，但资源文件实际上并没有更新，这样再次请求也就多余了，怎样避免呢？看下面if-Modified-Since与Last-Modified

3.if-Modified-Since与Last-Modified

——if-Modified-Since是请求头的字段，资源的最新修改时间，由客户端告诉服务器（即上一次服务器给的资源修改时间）
——Last-Modified是响应头的字段，资源的最新修改时间，由服务器告诉客户端
它俩是一对，配合工作，会进行对比

工作原理：在服务器提供Expires过期时间的基础上，服务器再提供一个Last-Modified（资源的最新修改时间），即客户端请求资源时，会保存服务器返回的Expires与Last-Modified（客户端保存后将该字段命名为if-Modified-Since），后续请求时，客户端首先会根据Expires过期时间来判断是否重新发起请求，若过期了，则客户端重新发起请求并通过请求头带上if-Modified-Since，服务器先对比if-Modified-Since与Last-Modified，若不相等，则服务器重新返回最新的资源文件，同时通过响应头返回刷新后的Expires与刷新后的Last-Modified，若相等，则服务器返回304状态码，告诉客户端可以继续使用自己之前的本地缓存资源

缺陷：首先，客户端可以随意修改Expires，这个字段不太稳定，同时，Last-Modified只能精确到秒，这在一些比较极端的情况下，文件的修改可能在毫秒级发生（如淘宝，每一秒甚至毫秒都有不同的人在访问），这时候，文件在任意时间被修改，Last-Modified就无法感知资源文件的变化，这样就会使总有一部分客户端永远无法获取到最新的资源文件（因为文件修改在毫秒内发生，Last-Modified没有精确到毫秒，所以一对比发现if-Modified-Since与Last-Modified相等）
怎样解决呢？看下面if-None-Match与Etag

4.if-None-Match与Etag
——if-None-Match是请求头的字段，缓存资源标识，由客户端告诉服务器（即上一次服务器给的Etag）
——Etag是响应头的字段，资源标识，由服务器告诉客户端
它俩也是一对，配合工作，会进行对比

工作原理：在Expires、Last-Modified的机制基础上，再加上一对标记if-None-Match与Etag（资源内容唯一标记），由于Expires的不稳定，使用max-age代替之（Cache-Control字段中的一个值，优先级比Expires高），即客户端请求后，服务器会返回如max-age=60秒、Last-Modified以及Etag，客户端保存为if-Modified-Since、if-None-Match，60秒内，客户端不会再发起对该资源的请求，60秒后，这时候，服务器不会再对比if-Modified-Since与Last-Modified，只会对比if-None-Match与Etag是否相等（因为if-None-Match与Etag更精准、优先级更高），若相等则服务器返回304，若不相等，则服务器会返回刷新后的max-age、Etag、Expires、Last-Modified（Expires与Last-Modified虽然不用了，但也会返回）

三、HTTP缓存的缺陷及改进

以上HTTP协议通过头部字段控制缓存都有一个缺陷，那就是Expires、max-age过期时间内，若文件发送修改，都无法感知到

解决方案：

md5/hash标识资源

HTTP请求资源时，都是通过文件路径全名来请求的，即假如资源名发生变化了，就会认为是请求了另一个不同的资源，所以每一次资源发生迭代、修改，都添加md5或者hash标识，这样再次请求时，服务器会认为是请求了不同资源，会直接将该资源返回，也就不存在判断缓存是否需要更新这些环节了，就可以跳过Expires、max-age过期时间的限制

四、CDN缓存

CDN是构建在网络之上的内容分发网络，依靠部署在各地的边缘服务器，通过中心平台的负载均衡、内容分发、调度等功能模块，使用户可以就近获取所需资源，降低网络拥塞，提供用户访问响应速度和命中率

CDN即是一种代理服务器，可以理解为浏览器与服务器之间的临时站点，会替服务器阻挡（处理）一部分浏览器的请求，减轻原始服务器的压力，CDN代理服务器上缓存了浏览器请求的一些静态资源（前面Cache-Control头部字段值为public的资源），浏览器就可以就近请求，以达到分流、加速响应的目的

CDN工作方式：客户端请求资源时，请求会先到CDN节点，CDN判断自己缓存的文件是否过期，若没过期，则返回304给客户端，若过期了，则向原始服务器请求最新资源，再返回最新资源给客户端

缺陷：CDN缓存问题与HTTP缓存问题是一样的，过期时间内资源发生了修改，浏览器始终被拦截，无法获取最新资源

优点：虽然有以上缓存问题，但是缓存主要针对的是更新频率不高的资源，同时它提供了分流、访问响应加速的优点，它是一个平台，可以登录后手动修改缓存的资源，变相解决了浏览器缓存无法手动控制的问题

五、浏览器操作对HTTP缓存的影响

有效：表示客户端请求资源时，Expires/Cache-Control:max-age=x 、 Last-Modified/Etag缓存机制会起作用，判断缓存是否过期，考虑是否向服务器发起请求、服务器是否重新返回资源

无效：表示忽略该机制，F5刷新/浏览器刷新按钮会忽略缓存时间是否到期，但是浏览器还是会判断Last-Modified/Etag考虑是否重新返回资源，Ctrl+F5刷新为强制请求，所有缓存资源都不使用，全部重新加载