深入理解浏览器缓存机制

浏览器有两种缓存规则：强制缓存与协商缓存

强制缓存：不会向服务器发送请求，直接从缓存中读取资源
协商缓存：向服务器发送请求，服务器会根据这个请求的request header的一些参数来判断是否命中协商缓存，如果命中，则返回304状态码并带上新的response header通知浏览器从缓存中读取资源

共同点：都是从客户端缓存中读取资源
不同点：强制缓存不会发请求，协商缓存会发请求

强制缓存

什么是强制缓存

浏览器在服务器发起真正请求前，先检查浏览器缓存：

如果命中缓存，且缓存未过期，那么直接使用缓存资源
如果未命中缓存，或缓存已过期失效，那么向服务器发出请求

强制缓存的规则

服务器通过向响应头添加Expires和Cache-Control字段来标识强制缓存的状态，浏览器会将这两个信息缓存到本地，后续有相同请求时，优先到浏览器缓存中检查资源是否到期。

从Expires到Cache-Control

Expires

Expires表示当前资源的失效时间，它的值是一个HTTP-日期时间戳，例如：Expires: Thu, 01 Dec 1994 16:00:00 GMT

使用Expires存在一些弊端：

代表的是绝对时间，如果浏览器和服务器的时间不同步，会导致缓存目标时间存在偏差
如果服务端设置的日期格式不规范，那么等同于无缓存
Expires是HTTP/1.0的字段，但是现在浏览器默认使用的是HTTP/1.1

其中Cache-Control优先级比Expires高，即：二者同时存在时，浏览器以Cache-Control为标准，检查缓存资源是否过期。

所以Expires其实是过时的产物，现阶段它的存在只是一种兼容性的写法，在某些不支持HTTP1.1的环境下，Expires就会发挥用处。

Cache-Control

如果在Cache-Control响应头设置了"max-age"或者"s-max-age"指令，那么Expires头会被忽略

设置Cache-Control的值有以下规则：

不区分大小写，但建议使用小写
多个指令以逗号分隔
具有可选参数，可以用令牌或者带引号的字符串语法

常用的指令：

public：所有内容都将被缓存，即使是通常不可缓存的内容（如POST请求）。
private：所有内容只有客户端可以缓存，不能作为共享缓存（即代理服务器不能缓存它），这也是Cache-Control的默认取值
no-cache：客户端缓存内容，但是是否使用缓存则需要经过协商缓存来验证决定
no-store：所有内容都不会被缓存，即不使用强制缓存，也不使用协商缓存，即不使用任何缓存。
max-age=xxx (xxx is numeric)：缓存内容将在xxx秒后失效

举几个例子：

此次请求之后的600秒内，如果浏览器再次发起请求，那么直接使用缓存中的资源：

Cache-Control: max-age=600

浏览器可以缓存资源，但每次使用缓存资源前都必须重新验证其有效性：

Cache-Control: no-cache

Cache-Control: max-age=0, must-revalidate

这意味着每次都会发起 HTTP 请求，但当缓存内容仍有效时可以跳过 HTTP 响应体的下载

协商缓存

当浏览器检查本地的强制缓存已经失效后，浏览器携带该资源的协商缓存标识向服务器发起请求，由服务器根据缓存标识决定是否继续使用本地缓存。

协商缓存生效，服务器返回304，通知浏览器继续使用本地缓存
协商缓存失效，服务器返回200，与最新的请求资源

协商缓存的规则

服务器与浏览器通过两两成对的请求头来控制协商缓存：

Etag If-None-Match
Last-Modified If-Modified-Since

其中，Etag与Last-Modified是由服务器设置的响应头的字段，If-None-Match与If-Modified-Since则是浏览器向服务器发送的请求头的字段

Etag与Last-Modified

Etag是上一次加载资源时，服务器返回的ResponseHeader，是对该资源的一种唯一标识，只要资源有变化，Etag就会重新生成。浏览器在下一次加载资源向服务器发送请求时，会将上一次返回的Etag值放到RequestHeader里的If-None-Match里，服务器接受到If-None-Match的值后，会拿来跟该资源文件的Etag值做比较，如果相同，则表示资源文件没有发生改变，命中协商缓存。

Etag由服务器生成，标志当前资源的唯一标识，一般包含大小、修改时间等信息
If-None-Match浏览器缓存到本地的Etag值

HTTP协议并未规定Etag的内容是如何生成的，但一般包含大小、修改时间等信息

Node.js下生成Etag的示例：

// 根据文件的fs.Stats信息计算出etag
const genEtag = (stat) => {
  const fileLength = stat.size // 文件的大小
  const fileLastModifiedTime = stat.mtime.getTime() // 文件的最后更改时间
  // 数字都用16进制表示
  return `${fileLength.toString(16)}-${fileLastModifiedTime.toString(16)}`
}

Last-Modified与If-Modified-Since

Last-Modified是该资源文件最后一次更改时间，服务器会在ResponseHeader里返回，同时浏览器会将这个值保存起来，在下一次发送请求时，放到RequestHeader里的If-Modified-Since里，服务器在接收到后也会做比对，如果相同则命中协商缓存。

Last-Modified由服务器添加，标志资源文件上次被修改的时间
If-Modified-Since浏览器缓存到本地的Last-Modified值

If-None-Match的优先级要高于If-Modified-Since，即：如果浏览器同时存在

两种协商缓存的区别

精确度上，Etag要优于Last-Modified。Last-Modified的时间单位是秒，如果某个文件在1秒内改变了多次，那么他们的Last-Modified其实并没有体现出来修改，但是Etag每次都会改变确保了精度；如果是负载均衡的服务器，各个服务器生成的Last-Modified也有可能不一致。
性能上，Etag要逊于Last-Modified，毕竟Last-Modified只需要记录时间，而Etag需要服务器通过算法来计算出一个值。
优先级上，服务器校验优先使用Etag。

内存缓存与硬盘缓存

当我们打开一个新网页，服务器返回200，将资源发送给浏览器，浏览器做本地缓存

当我们刷新标签页，浏览器从内存缓存获得资源

当我们关闭标签页重新打开，浏览器从硬盘缓存获得资源

内存缓存(MemoryCache)：内存缓存具有两个特点，分别是快速读取和时效性
- 快速读取：内存缓存会将编译解析后的文件，直接存入该进程的内存中，占据该进程一定的内存资源，以方便下次运行使用时的快速读取。
- 时效性：一旦该进程关闭，则该进程的内存则会清空。
硬盘缓存(DiskCache)：硬盘缓存则是直接将缓存写入硬盘文件中，读取缓存需要对该缓存存放的硬盘文件进行I/O操作，然后重新解析该缓存内容，读取复杂，速度比内存缓存慢。

在浏览器中，浏览器会在js和图片等文件解析执行后直接存入内存缓存中，那么当刷新页面时只需直接从内存缓存中读取(MemoryCache)；而css文件则会存入硬盘文件中，所以每次渲染页面都需要从硬盘读取缓存(DiskCache)。

用户对浏览器缓存的控制

地址栏访问，链接跳转是正常用户行为，将会触发浏览器缓存机制
F5刷新，浏览器会设置max-age=0，跳过强缓存判断，会进行协商缓存判断
Ctrl+F5刷新，跳过强缓存和协商缓存，直接从服务器拉取资源

参考资料

深入理解浏览器缓存机制 ​

强制缓存 ​

什么是强制缓存 ​

强制缓存的规则 ​

从Expires到Cache-Control ​

Expires ​

Cache-Control ​

协商缓存 ​

协商缓存的规则 ​

Etag与Last-Modified ​

Last-Modified与If-Modified-Since ​

两种协商缓存的区别 ​

内存缓存与硬盘缓存 ​

用户对浏览器缓存的控制 ​

参考资料 ​