[网络协议]浏览器路由/缓存/HTTP报文

浏览器路由

前言

路由这概念最开始是在后端出现的，在前后端不分离的时候，由后端来控制路由，服务器接收客户端的请求，解析对应的url路径，并返回对应的页面/资源。简单的说，路由就是根据不同的url地址来展示不同的内容或页面。

现在的网络应用程序越来越多的使用AJAX异步请求完成页面的无缝刷新，虽然Ajax解决了用户交互时体验的痛点，但是多页面之间的跳转一样会有不好的体验，所以便有了spa(single-page application)使用的诞生。而spa应用便是基于前端路由实现的，所以便有了前端路由。

前端路由的原理本质上就是在不刷新浏览器的情况下，请求下修改URL、检测URL的变化，截获URL的地址，通过解析、匹配路由规则从而实现UI的更新。路由的实现通常有两种形式一种是Hash模式，一种是History模式。

hash

vue-router 在实现单页面路由时，提供了两种方式：Hash 模式和 History 模式；vue2是 根据 mode 参数来决定采用哪种方式，默认是 Hash 模式，手动设置为 History 模式 。

hash 模式是一种把前端路由的路径用井号 # 拼接在真实 url 后面的模式。当井号 # 后面的路径发生变化时，浏览器并不会重新发起请求，而是会触发 onhashchange 事件。

hash 模式是利用了 window 可以监听 onhashchange 事件来实现的，也就是说 hash 值是用来指导浏览器动作的，对服务器没有影响，HTTP 请求中也不会包括 hash 值，同时每一次改变 hash 值，都会在浏览器的访问历史中增加一个记录，使用“后退”按钮，就可以回到上一个位置。所以，hash 模式 是根据 hash 值来发生改变，根据不同的值，渲染指定DOM位置的不同数据。

特点

• url中带一个 # 号
• 可以改变URL，但不会触发页面重新加载（hash的改变会记录在 window.hisotry 中）因此并不算是一次 HTTP 请求，所以这种模式不利于 SEO 优化
• 只能修改 # 后面的部分，因此只能跳转与当前 URL 同文档的 URL
• 只能通过字符串改变 URL
• 通过 window.onhashchange 监听 hash 的改变，借此实现无刷新跳转的功能。
• 每改变一次 hash （ window.location.hash）,都会在浏览器的访问历史中增加一个记录。
• 路径中从 # 开始，后面的所有路径都叫做路由的 哈希值 并且哈希值它不会作为路径的一部分随着 http 请求，发给服务器
• hash 永远不会提交到 server 端（可以理解为只在前端自生自灭）。

history

window.history 属性指向 History 对象，它表示当前窗口的浏览历史。当发生改变时，只会改变页面的路径，不会刷新页面。 History 对象保存了当前窗口访问过的所有页面网址。通过 history.length 可以得出当前窗口浏览网址的记录。 由于安全原因，浏览器不允许脚本读取这些地址，但是允许在地址之间导航。 浏览器工具栏的“前进”和“后退”按钮，其实就是对 History 对象进行操作。

属性

• History.length：当前窗口访问过的网址数量（包括当前网页）
• History.state：History 堆栈最上层的状态值

主要API

• history.back()：移动到上一个网址，等同于点击浏览器的后退键。对于第一个访问的网址，该方法无效果。
• history.forward()：移动到下一个网址，等同于点击浏览器的前进键。对于最后一个访问的网址，该方法无效果。
• history.go()： 这个方法的参数是一个整数，意思是在 history 记录中向前或者后退多少步，类似 window.history.go(n)，n可为正数可为负数； 默认参数为0，相当于刷新当前页面。
• History.pushState(satbleObject,title,URL)：用于在历史中添加一条记录。pushState()方法不会触发页面刷新，只是导致 History 对象发生变化，地址栏会有变化。
• History.replaceState(satbleObject,title,URL)：用来修改 History 对象的当前记录，用法与 pushState() 方法一样。

satbleObject 是一个JavaScript对象，与用pushState()方法创建的新历史记录条目关联。无论何时用户导航到新创建的状态，都会触发popstate事件，并能在事件中使用该对象。

popstate 事件：

每当 history 对象出现变化时，就会触发 popstate 事件。 window.addEventListener('popstate', e => {});

注意

• 仅仅调用pushState()方法或replaceState()方法 ，并不会触发该事件。
• 只有用户点击浏览器倒退按钮和前进按钮，或者使用 JavaScript 调用History.back()、History.forward()、History.go()方法时才会触发。
• 该事件只针对同一个文档，如果浏览历史的切换，导致加载不同的文档，该事件也不会触发。
• 页面第一次加载的时候，浏览器不会触发popstate事件。

缓存

在前端性能优化的方式中，最重要的当然是缓存了，使用好了缓存，对项目有很大的帮助。比如我们访问网页时，使用网页后退功能，会发现加载的非常快，体验感很好，这就是缓存的力量。

缓存有哪些好处？

• 缓解服务器压力，不用每次都去请求某些数据了。
• 提升性能，打开本地资源肯定会比请求服务器来的快。
• 减少带宽消耗，当我们使用缓存时，只会产生很小的网络消耗。

Web缓存种类： 数据库缓存，CDN缓存，代理服务器缓存，浏览器缓存。

浏览器缓存

每个浏览器都实现了HTTP缓存，我们通过浏览器使用HTTP协议与服务器交互的时候，浏览器会根据一套与服务器约定的规则进行缓存工作。浏览器的前进/后退，利用的是浏览器的缓存机制。

浏览器缓存其实就是指在本地使用的计算机中开辟一个内存区，同时也开辟一个硬盘区作为数据传输的缓冲区，然后用这个缓冲区来暂时保存用户以前访问过的信息。

浏览器缓存位置一般分为四类： Service Worker–>Memory Cache–>Disk Cache–>Push Cache。

强缓存

强缓存是当我们访问URL的时候，不会向服务器发送请求，直接从缓存中读取资源，但是会返回200的状态码。

我们第一次进入页面，请求服务器，然后服务器进行应答，浏览器会根据response Header来判断是否对资源进行缓存，如果响应头中expires、pragma或者cache-control字段，代表这是强缓存，浏览器就会把资源缓存在memory cache 或 disk cache中。

第二次请求时，浏览器判断请求参数，如果符合强缓存条件就直接返回状态码200，从本地缓存中拿数据。否则把响应参数存在request header请求头中，看是否符合协商缓存，符合则返回状态码304，不符合则服务器会返回全新资源。

以下是强缓存的字段

• expires

  是HTTP1.0控制网页缓存的字段，值为一个时间戳，服务器返回该请求结果缓存的到期时间，意思就是，再次发送请求时，如果未超过过期时间，直接使用该缓存，如果过期了则重新请求。

  有个缺点，就是它判断是否过期是用本地时间来判断的，本地时间是可以自己修改的。

• Cache-Control

  是HTTP1.1中控制网页缓存的字段，当Cache-Control都存在时，Cache-Control优先级更高，主要取值为：

  public：客户端和服务器都可以缓存（所有内容都将被缓存）。

  privite：资源只有客户端可以缓存（Cache-Control的默认值）。

  no-cache：客户端缓存资源，但是是否缓存需要经过协商缓存来验证。

  no-store：不使用缓存（不使用强缓存，也不使用协商缓存）。

  max-age：设置缓失效时间。

  Cache-Control使用了max-age相对时间，解决了expires的问题。

• pragma

  这个是HTTP1.0中禁用网页缓存的字段，其取值为no-cache，和Cache-Control的no-cache效果一样。 http1.1中可用Cache-Control替换

缓存位置

强缓存会把资源房放到memory cache 和 disk cache中

• 存储图像和网页等资源主要缓存在disk cache
• 操作系统缓存文件等资源大部分都会缓存在memory cache中。
• 具体操作浏览器自动分配，看谁的资源利用率不高就分给谁。

查找浏览器缓存时会按顺序查找: Service Worker–>Memory Cache–>Disk Cache–>Push Cache。

1. Service Worker

是运行在浏览器背后的独立线程，一般可以用来实现缓存功能。使用 Service Worker的话，传输协议必须为 HTTPS。因为 Service Worker 中涉及到请求拦截，所以必须使用 HTTPS 协议来保障安全。Service Worker 的缓存与浏览器其他内建的缓存机制不同，它可以让我们自由控制缓存哪些文件、如何匹配缓存、如何读取缓存，并且缓存是持续性的。

2. Memory Cache

内存中的缓存，主要包含的是当前页面中已经抓取到的资源，例如页面上已经下载的样式、脚本、图片等。读取内存中的数据肯定比磁盘快，内存缓存虽然读取高效，可是缓存持续性很短，会随着进程的释放而释放。一旦我们关闭 Tab 页面，内存中的缓存也就被释放了。

2.Disk Cache

存储在硬盘中的缓存，读取速度慢点，但是什么都能存储到磁盘中，比之 Memory Cache 胜在容量和存储时效性上。

在所有浏览器缓存中，Disk Cache 覆盖面基本是最大的。它会根据 HTTP Herder 中的字段判断哪些资源需要缓存，哪些资源可以不请求直接使用，哪些资源已经过期需要重新请求。并且即使在跨站点的情况下，相同地址的资源一旦被硬盘缓存下来，就不会再次去请求数据。绝大部分的缓存都来自 Disk Cache。

4.prefetch cache(预取缓存)

link标签上带了prefetch，再次加载会出现。

prefetch是预加载的一种方式，被标记为prefetch的资源，将会被浏览器在空闲时间加载。

5. Push Cache

Push Cache（推送缓存）是 HTTP/2 中的内容，当以上三种缓存都没有命中时，它才会被使用。它只在会话（Session）中存在，一旦会话结束就被释放，并且缓存时间也很短暂，在Chrome浏览器中只有5分钟左右，同时它也并非严格执行HTTP头中的缓存指令。

协商缓存

协商缓存就是强缓存失效后，浏览器携带缓存标识向服务器发送请求，由服务器根据缓存标识来决定是否使用缓存的过程。

主要有以下两种情况：

协商缓存生效，返回304

304 状态码表示客户端发送携带有缓存标识（GET方法的请求报文中包含If-Math,If-Modified-Since,If-None-Match,If-Range,If-Unmodified-Since中任意首部）的请求时，因为服务器端的资源未改变，可直接使用客户端未过期的缓存。304状态码返回时，不包含任何响应的主体部分，304虽然划分到3XX类型状态码中，但是和重定向没有关系

协商缓存失效，返回200和请求结果

如果发起携带缓存标识资源请求时候服务器的资源已经更新。则返回请求结果，成功的话状态码为200

如何设置协商缓存

Last-Modified / If-Modified-Since

Last-Modified是服务器响应请求时，返回该资源文件在服务器最后被修改的时间。

If-Modified-Since则是客户端再次发起该请求时，携带上次请求返回的Last-Modified值，通过此字段值告诉服务器该资源上次请求返回的最后被修改时间。服务器收到该请求，发现请求头含有If-Modified-Since字段，则会根据If-Modified-Since的字段值与该资源在服务器的最后被修改时间做对比，若服务器的资源最后被修改时间大于If-Modified-Since的字段值，则重新返回资源，状态码为200；否则则返回304，代表资源无更新，可继续使用缓存文件。

Etag / If-None-Match

Etag是服务器响应请求时，返回当前资源文件的一个唯一标识(由服务器生成)。

If-None-Match是客户端再次发起该请求时，携带上次请求返回的唯一标识Etag值，通过此字段值告诉服务器该资源上次请求返回的唯一标识值。服务器收到该请求后，发现该请求头中含有If-None-Match，则会根据If-None-Match的字段值与该资源在服务器的Etag值做对比，一致则返回304，代表资源无更新，继续使用缓存文件；不一致则重新返回资源文件，状态码为200。

Etag / If-None-Match优先级高于Last-Modified / If-Modified-Since，同时存在则只有Etag / If-None-Match生效。

缓存方案

目前的项目大多使用的缓存方案：

• HTML：协商缓存
• css、js、图片：强缓存，文件名带上hash

强缓存与协商缓存的区别

1. 强缓存不发请求到服务器，所以有时候资源更新了浏览器还不知道，但是协商缓存会发请求到服务器，所以资源是否更新，服务器肯定知道。

2. 大部分web服务器都默认开启协商缓存。

刷新对于强缓存和协商缓存的影响

当ctrl+f5强制刷新网页时，直接从服务器加载，跳过强缓存和协商缓存。

当f5刷新网页时，跳过强缓存，但是会检查协商缓存。

浏览器地址栏中写入URL，回车 浏览器发现缓存中有这个文件了，不用继续请求了，直接去缓存拿。（最快）

HTTP报文

HTTP请求报文

由请求行和HTTP头组成

请求行

包含请求的方法，请求的URI和HTTP版本3个字段组成

http协议得请求方法有：

• GET 获取资源
• POST 向服务器端发送数据，传输实体主体
• PUT 传输文件
• HEAD 获取报文首部
• DELETE 删除文件
• OPTIONS 询问支持的方法
• TRACE 追踪路径

HTTP请求头

• 包括通用信息头、请求头、实体头、空行
• 通用信息头指的是请求和响应报文都支持的头域，分别为Cache-Control、Connection、Date、Pragma、Transfer-Encoding、Upgrade、Via；
• 实体头则是实体信息的实体头域，分别为Allow、Content-Base、Content-Encoding、Content-Language、Content-Length、Content-Location、Content-MD5、Content-Range、Content-Type、Etag、Expires、Last-Modified、extension-header。
• User-Agent：产生请求的浏览器类型。
• Accept：客户端可识别的内容类型列表。
• Host：请求的主机名，允许多个域名同处一个IP地址，即虚拟主机。
• 最后一个请求头之后是一个空行，发送回车符和换行符，通知服务器以下不再有请求头。

HTTP响应报文

HTTP响应也由四个部分组成，分别是：响应行、响应头、空行、响应体。

状态行

包含响应状态码，原因短语和HTTP协议版本

HTTP头

包括通用信息头、请求头、实体头

响应报文主体

响应状态码

通用首部字段

请求首部字段