HTTP缓存

一.分类

按缓存的强势程度分为：

  • 强缓存：有效期内，资源直接从本地缓存取（disk cache或memory cache）；有效期外或强制刷新时，找server再要一份

  • 协商缓存：有效期内，同上；有效期外或强制刷新时，带着本地版本号询问server资源是否有更新，得到回复304（更新过期时间等缓存状态，接着用本地版本）或200（把新版本缓存起来，本地版本扔掉）

其中，协商缓存可以细分为：

  • 基于时间的：以资源修改时间（Last-Modified）为版本号

  • 基于内容的：以资源内容hash（ETag）为版本号

协商是缓存失效（过期或弃用）之后才会发生的事情

二.相关Header字段

HTTP Header字段分为4类：

  • general-header（通用头）：同时适用于请求和响应消息

  • request-header（请求头）：允许client传递额外的信息给server，请求修饰符，作用相当于参数

  • response-header（响应头）：允许server传递关于该响应的额外信息给client，额外信息包括server相关的，以及将来访问该资源需要的一些信息

  • entity-header（实体头）：给出消息实体相关的meta信息，如果没有消息实体的话，就是与请求对应的资源的信息

P.S.关于HTTP Header的更多信息，请查看4.2 Message Headers

Pragma

HTTP 1.0通用头字段，指定缓存策略

Pragma           = "Pragma" ":" 1#pragma-directive
pragma-directive = "no-cache" | extension-pragma
extension-pragma = token [ "=" ( token | quoted-string ) ]

Pragma是一个含义模糊的字段，RFC仅指定了Pragma: no-cache出现在请求中时，即便缓存有效，也应该回源去取新的，与Cache-Control: no-cache等价。出现在响应中时，没有明确含义

P.S.关于Pragma的更多信息，请查看14.32 Pragma

Expires

HTTP 1.0实体头字段，表示资源的过期时间，指定过期策略

Expires = "Expires" ":" HTTP-date

一个精确的时间点，在此之前，缓存有效。这个时间点由server给出，如果client与server的时间不同步，缓存过期策略就不可靠了

无法保证Expires给出的时间点在client和srever对应同一个时刻，所以HTTP 1.1新增了可以通过Cache-Control: max-age=<seconds>来定义保质期，给一个时间段，从client拿到资源后，再过seconds秒缓存过期，这样就只依赖client时间，不要求一致性了

Cache-Control

通用头字段，指定缓存策略和过期策略

Cache-Control   = "Cache-Control" ":" 1#cache-directive
cache-directive = cache-request-directive
    | cache-response-directive
cache-extension = token [ "=" ( token | quoted-string ) ]

响应头中可以出现9个值：

cache-response-directive =
    ; 资源将被客户端和代理服务器缓存
    "public"
    ; 资源仅被客户端缓存，不允许代理服务器缓存
    | "private" [ "=" <"> 1#field-name <"> ]
    ; 不先回源检查的话，不允许复用资源
    | "no-cache" [ "=" <"> 1#field-name <"> ]
    ; 资源不允许被写入缓存
    | "no-store"
    ; 禁止代理服务器修改Content-Encoding，Content-Range，Content-Type字段
    | "no-transform"
    ; 不允许使用过期的资源，一旦过期，必须回源验证（即使客户端愿意接受过期资源）
    | "must-revalidate"
    ; 依赖public，类似于must-revalidate，仅适用于代理服务器
    | "proxy-revalidate"
    ; 缓存资源，但是在指定时间(单位为秒)后缓存过期
    | "max-age" "=" delta-seconds
    ; 依赖public，只在代理服务器上有效，覆盖max-age
    | "s-maxage" "=" delta-seconds
    ; 自定义扩展值
    | cache-extension

请求头中可以出现7个值：

cache-request-directive =
    ; 强制回源，不要来自缓存的内容
    "no-cache"
    ; 不允许把客户端请求相关信息写入缓存
    | "no-store"
    ; 客户端愿意接受age（代理服务器缓存时间）不超过delta秒的资源
    | "max-age" "=" delta-seconds
    ; 客户端愿意接受过期delta秒内的旧内容
    | "max-stale" [ "=" delta-seconds ]
    ; 客户端希望响应内容在delta秒内都是有效的
    | "min-fresh" "=" delta-seconds
    ; 客户端不接受经过转换的内容，例如Content-Type
    | "no-transform"
    ; 客户端只想要已缓存的资源，不重新请求资源
    | "only-if-cached"
    ; 自定义扩展值
    | cache-extension

注意no-store, no-cache, must-revalidate描述间的细微差异，同一字段出现在请求头和响应头中的含义也都不同

Last-Modified

实体头字段，表示资源的最后修改时间，指定协商策略

Last-Modified  = "Last-Modified" ":" HTTP-date

客户端拿到之后会保存起来，下一次向server请求资源时，会带上这个时间点作为版本号，验证本地缓存资源是否仍然可用

资源被修改过，但内容没变的话，发一份内容一样的响应就显得多余了，所以也提供了基于内容的协商缓存，避免这种情况

P.S.优先级低于Cache-Control: max-age，同时出现时，以max-age为准

If-Modified-Since

请求头字段，基于时间的协商策略实现需要，比较资源最后修改时间（Last-Modified，资源最后修改时间）是否一致

If-Modified-Since = "If-Modified-Since" ":" HTTP-date

把Last-Modified版本号作为字段值发回给server，资源没更新就返回304不给响应体，更新了就返回200，把新版本内容作为响应体

If-Unmodified-Since

同上，行为相反（比较资源最后修改时间是否不一致），如果不一致并且method为POST/PUT等更新操作时，返回412（Precondition Failed，条件不满足）表示更新执行失败

ETag

响应头字段，表示资源的内容hash，指定协商策略

ETag = "ETag" ":" entity-tag

客户端会记下这个值，下一次请求该资源时作为版本号传回给server

P.S.ETag优先级比Last-Modified高

If-Match

请求头字段，基于内容的协商策略实现需要，比较该字段的值（ETag，资源内容hash）是否一致

If-Match = "If-Match" ":" ( "*" | 1#entity-tag )

如果不一致，并且method为POST/PUT等更新操作时，返回412表示更新失败

If-None-Match

同上，行为相反（比较该字段的值是否不一致），如果一致，返回304告诉客户端可以沿用缓存版本，否则返回新资源

Age

响应头字段，表示资源在代理服务器上已缓存的时间

Age = "Age" ":" age-value
age-value = delta-seconds

计算方式为：

/*
 * age_value
 *      is the value of Age: header received by the cache with
 *              this response.
 * date_value
 *      is the value of the origin server's Date: header
 * request_time
 *      is the (local) time when the cache made the request
 *              that resulted in this cached response
 * response_time
 *      is the (local) time when the cache received the
 *              response
 * now
 *      is the current (local) time
 */

apparent_age = max(0, response_time - date_value);
corrected_received_age = max(apparent_age, age_value);
response_delay = response_time - request_time;
corrected_initial_age = corrected_received_age + response_delay;
resident_time = now - response_time;
current_age   = corrected_initial_age + resident_time;

Age:0表示刚从源server取过来，正值表示上次从源取过来到现在经过的秒数

三.强缓存与协商缓存

分别发生在缓存的不同阶段，缓存生效时走强缓存，不发请求，缓存失效后才走协商缓存，发请求询问资源更新与否

强缓存

响应内容命中强缓存后，缓存有效期内，浏览器不会向server发起请求，而是直接从本地缓存（disk cache或memory cache）读取

只要本地有该资源的缓存版本，并且Cache-Control: max-age 或Expires没有过期，就能命中强缓存

协商缓存

缓存过期之后，再次访问该资源，浏览器会带上本地缓存版本号去询问server，server检查客户端递过来的ETag或Last-Modified值，告诉客户端要不要更新缓存

响应头中的ETag和Last-Modified是协商缓存的开关，协商缓存的好处是内容没变的话，直接返回304，不用传输响应体

四.启发式缓存

一种比较特殊的情况是响应头没有提供任何缓存相关的信息，此时浏览器会使用一个启发式算法来确定资源缓存期限：

max-age = Date - Last-Modified / 10

默认的缓存策略，就叫启发式缓存，启发式是说基于经验构造的，没有严格的依据

五.刷新行为

浏览器有3种不同的刷新行为，在验证HTTP缓存时很容易被迷惑：

  • 开新页面：打开新tab或者窗口，访问页面

  • 普通刷新：点击刷新按钮、地址栏回车、CMD + R

  • 强制刷新：CMD + Shift + R、Chrome长按刷新按钮，选择硬性重新加载

  • 禁用缓存再刷新：勾选Disable cache设置，再开新页面/刷新

开新页面

请求头不带缓存相关字段，如果本地缓存版本有效，从缓存读取，不发请求，并显示个假请求头：

Request Headers
    Provisional headers are shown
    Upgrade-Insecure-Requests:1
    User-Agent:...

响应头沿用缓存的那份

普通刷新

不从缓存取，一定会向服务发起请求，请求头会带上If-Modified-Since和If-None-Match等缓存头（如果有的话），此外还会擅自添上：

Cache-Control:max-age=0

要求代理服务器检查缓存是否过期

P.S.普通刷新行为发生时，浏览器一定会发起请求，即便资源缓存仍然有效，理应处于强缓存状态。因为用户要求刷新内容，希望看到新的，而关联的资源（比如该页面含有的CSS，JS等资源）不会被强制发起请求

强制刷新

同样会强制发起请求，带上缓存相关信息，还会擅自添上：

Cache-Control:max-age=0
Pragma:no-cache

要求回源去取新的，即便缓存没过期

禁用缓存再刷新

禁用缓存后，后续所有请求都会被添上：

Cache-Control:max-age=0
Pragma:no-cache

相当于全都走强制刷新，包括关联资源

P.S.Cache-Control:max-age=0，Pragma:no-cache的具体行为依赖server实现，实际上代理服务器不一定会回源或者检查过期

参考资料

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