[网络协议]一文读懂浏览器存储与缓存机制

浏览器存储

Cookie

Cookie 是 HTTP 协议的一种无状态协议。当请求服务器时，HTTP 请求都需要携带 Cookie，用来验证用户身份。Cookie 由服务端生成，存储在客户端，用来维持状态。

通常 Cookie 由以下值构成：

 名称（name）
 值（value）
 域（Domain）
 值（value）
 路径（Path）
 失效时间（Expiers/Max-Age）
 大小（Size）
 是否为 HTTP 请求（HttpOnly）
 安全性（Secure）

 提示：域、路径、失效时间和安全性都是服务器给浏览器的指示，它们不会随着请求发送给服务器，发送给服务器的只有名称与值对。

Cookie 有一些限制，它可以设置有过期时间，但是如果没有设置，则会和 session 一个级别，一旦关闭浏览器就会消失。

Cookie 拥有以下优点：

• 可以控制过期时间，不会永久有效，有一定的安全保障。

• 可进行扩展，可跨域共享。

• 通过加密与安全传输技术 （SSL），可以减少 Cookie 被破解的可能性。

• 有较高的兼容性。

缺点则如下：

• 有一定的数量与长度限制，每个 Cookie 长度不能超过 4KB ，否则超出部分会被截掉。

• 请求头上的数据容易被拦截攻击。

• 单个 Cookie 大小不超过 4KB，很多浏览器都限制一个站点最多保存 20 个 Cookie。

web Storage

H5 可以在本地存储用户的浏览数据，以前用 Cookie，但是 web Storage 更快速、安全。可以存储大量的数据，而不影响网站性能，以键/值对存在。

web Storage 分为两种：sessionStorage 和 localStorage。

sessionStorage

sessionStorage 将数据存储在 session 中，当浏览器关闭就会消失。它具有以下特色：

- 大小 5Mb
- 页面刷新数据不会消失，页面关闭就消失。
- 不可以跨页面（仅在当前页面使用）。
- 使用 window.open 打开页面和改变 location.href 方式可以获取到 sessionStorage 内部的数据。

主要被应用在下面这些场景中：

• 主要针对会话级的小数据的存储。

• 存储一些在当前页面刷新仍然需要存储，但是关闭后不需要留下的信息。

• 很适合单页应用的使用，可以用来存储登录态信息等。

localStorage

localStorage 会把数据一直存在客户端本地。其 API 提供了如下的方法进行操作：

• setItem (key，value) —— 保存数据，以键值对的方式存储。

• getItem (key) —— 读取数据，传入键值（key），获得对应的值（value）。

• removeItem (key) —— 删除某个数据，删除键值对。

• clear () —— 删除所有数据。

• key (index) —— 获取某个索引的key。

下面是 localStora 的特性：

- 大小 5Mb。
- 可以跨页面。
- 永久存储，需要手动删除。
- 使用 window.open 打开页面和改变 location.href 方式可以获取到 sessionStorage 内部的数据。

它通常都被运用在下列场景中：

• 持久性的保存客户端数据，只能通过 JavaScript 删除或者用户清除浏览器缓存。

• 如果有一些稍大量的数据，例如编辑器的自动保存等。

• 多页面间访问共同数据。sessionStorage 只能用于一个标签页，而localStorage可以在多个标签页之间共享。

浏览器缓存机制

浏览器的缓存机制是将已访问过的资源进行缓存，这样当客户端下次访问时，就能直接访问已经缓存的资源，从而减少服务器请求次数，让页面能够更快地加载。

而判断是否访问缓存则是依靠 HTTP 的各种 Header，比如下面的这几种：

• Expires：响应头，表示该资源的过期时间。

• Cache-Control：请求头/响应头，是缓存控制字段。

• Etag (HTTP1.1)：响应头，是资源标识，服务器存储。一旦资源被修改，Etag 就会随之发生变化。

• lf-None-Match (HTTP1.1)：请求头，一般服务器会将 If-None-Match 与被请求资源的最新 ETag 进行比对。

• Last-Modified (HTTP1.0)：响应头，表示资源最后一次修改的时间。

• If-Modified-Since (HTTP1.0)：请求头，资源最后一次修改时间(后面详情）。

这些 Header 共同组成了 HTTP 的请求和响应，也支撑着浏览器缓存，但是这种缓存方式是有缺陷的。

首先，如果资源更新的速度是秒以下单位，那么这个缓存是不能被使用的。因为它的时间单位最低是秒。

其次，如果文件是通过服务器动态生成的，那么该方法的更新时间永远是生成的时间。哪怕文件可能没有变化，它也会自动更新，所以起不到缓存的作用。

强缓存

通常服务器会通知浏览器一个缓存时间，这个信息在 Cache-Control 和 Expires 中，浏览器通过这个判断是缓存否过期。如果时间未过期。则直接从缓存中取。这就是所谓的“强缓存”。

Expires

在 HTTP1.0 中。使用 Expires 字段来表示缓存的到期时间，即有效时间+当时服务器的时间。但是这种方式的缺陷是，用户只需要修改客户端本地时间，让客户端和服务器时间不一致时，浏览器就会判断缓存失效，然后重新请求资源。

Cache-control

Cache-Control 是一个 HTTP 协议中关于缓存的响应头，它可以由以下值组成：

• max-age：用于设置缓存的最大周期。与 Expires 相反，它的时间是相对于请求的时间。

• s-maxage：和 max-age 相同，仅用于共享缓存，如 CDN 缓存。

• public：相应可以被任何对象缓存，即使是通常不可缓存的内容。

• private：缓存只能被单个用户缓存，不能作为共享缓存（即代理服务器不可缓存）。

• no-cache：可以缓存在客户端，但每次都必须去服务器检查新鲜度，来决定从服务器获取最新资源（200）还是读取缓存（304），即协商缓存。

• no-store：不允许在客户端存储，每次都要从服务器请求新的资源。

协商缓存

如果未命中强缓存，即强缓存失效（可能是 Cache-Control 设置了 no-store 或 no-cache），则判断协商缓存。

Last-Modified & If-Modified-Since(HTTP1.0)

当第一次请求资源后，服务器会返回改资源最后一次修改的时间。之后再次请求时，服务器会对比 If-Modified-Since 和 Last-Modified 字段。如果两者相同，则表示资源未修改，返回 304 状态码。如果两者不同，则表示资源已经修改了，所以返回数据和 200 状态码（没有发送请求）。

但是如果服务器更新资源的时间单位为秒，而上面提到的方法是无法识别一秒内进行多次修改的情况的。同时如果资源更新的速度不到 1ms，也是无法生成新的最后修改时间的。为了避免这种情况，在 HTTP1.1 中出现了一组新的字段：Etag 和 If-None-Match。

Etag & If-None-Match (HTTP1.1)

Etag 是 HTTP1.1 的属性。它由服务器生成并返回给客户端，优先级高于 Last-Modified。

在 HTTP1.1 中，当浏览器第一次发起 HTTP 请求时，服务器回返回一个 Etag。浏览器第二次发起同一个请求时，客户端会发送一个 If-None-Match，它的值就是 Etag。服务器会比较浏览器发送过来的 Etag 和服务器的 Etag，如果相同就将 If-None-Match 的值设置为 false，并返回304，表示使用浏览器缓存。如果不同，服务器就将 If-None-Match 的值设置为 true，返回 200 和新的数据。

网页加载速度的加快绝不仅仅是网速加快就能完成的，在我们流畅访问的背后，浏览器存储和缓存机制也功不可没，希望本文能够帮助大家增加对这个机制的了解。

参考资料：

深入理解浏览器的缓存机制 https://www.jianshu.com/p/54cc04190252

一文读懂前端缓存 https://juejin.cn/post/6844903747357769742?utm_source=gold_browser_extension

浏览器的存储与缓存机制 https://blog.csdn.net/wantingtr/article/details/100559520