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浏览器缓存机制
2021-10-31 23:29:22   来源:   评论:0 点击:

缓存位置

从缓存位置上来说分为四种,并且各自有优先级,当依次查找缓存且都没有命中的时候,才会去请求网络

  1. Service Worker
  2. Memory Cache
  3. Disk Cache
  4. Push Cache
  5. 网络请求

Service Worker

在上一章节中我们已经介绍了 Service Worker 的内容,这里就不演示相关的代码了。

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

当 Service Worker 没有命中缓存的时候,我们需要去调用 fetch 函数获取数据。也就是说,如果我们没有在 Service Worker 命中缓存的话,会根据缓存查找优先级去查找数据。但是不管我们是从 Memory Cache 中还是从网络请求中获取的数据,浏览器都会显示我们是从 Service Worker 中获取的内容。

Memory Cache

Memory Cache 也就是内存中的缓存,读取内存中的数据肯定比磁盘快。但是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。

当我们访问过页面以后,再次刷新页面,可以发现很多数据都来自于内存缓存

那么既然内存缓存这么高效,我们是不是能让数据都存放在内存中呢?

先说结论,这是不可能的。首先计算机中的内存一定比硬盘容量小得多,操作系统需要精打细算内存的使用,所以能让我们使用的内存必然不多。内存中其实可以存储大部分的文件,比如说 JSS、HTML、CSS、图片等等。但是浏览器会把哪些文件丢进内存这个过程就很玄学了,我查阅了很多资料都没有一个定论。

当然,我通过一些实践和猜测也得出了一些结论:

  • 对于大文件来说,大概率是不存储在内存中的,反之优先
  • 当前系统内存使用率高的话,文件优先存储进硬盘

Disk Cache

Disk Cache 也就是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。

Push Cache
Push Cache 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。并且缓存时间也很短暂,只在会话(Session)中存在,一旦会话结束就被释放。

Push Cache 在国内能够查到的资料很少,也是因为 HTTP/2 在国内不够普及,但是 HTTP/2 将会是日后的一个趋势。这里推荐阅读 HTTP/2 push is tougher than I thought 这篇文章,但是内容是英文的,我翻译一下文章中的几个结论,有能力的同学还是推荐自己阅读

  • 所有的资源都能被推送,但是 Edge 和 Safari 浏览器兼容性不怎么好
  • 可以推送 no-cache 和 no-store 的资源
  • 一旦连接被关闭,Push Cache 就被释放
  • 多个页面可以使用相同的 HTTP/2 连接,也就是说能使用同样的缓存
  • Push Cache 中的缓存只能被使用一次
  • 浏览器可以拒绝接受已经存在的资源推送
  • 你可以给其他域名推送资源

网络请求

如果所有缓存都没有命中的话,那么只能发起请求来获取资源了。

那么为了性能上的考虑,大部分的接口都应该选择好缓存策略,接下来我们就来学习缓存策略这部分的内容。

缓存策略

通常浏览器缓存策略分为两种:强缓存协商缓存,并且缓存策略都是通过设置 HTTP Header 来实现的。

强缓存

强缓存可以通过设置两种 HTTP Header 实现:Expires 和 Cache-Control 。强缓存表示在缓存期间不需要请求,state code 为 200。

Expires

Expires: Wed, 22 Oct 2018 08:41:00 GMT

Expires 是 HTTP/1 的产物,表示资源会在 Wed, 22 Oct 2018 08:41:00 GMT 后过期,需要再次请求。并且 Expires 受限于本地时间,如果修改了本地时间,可能会造成缓存失效。

Cache-control

Cache-control: max-age=30

Cache-Control 出现于 HTTP/1.1,优先级高于 Expires 。该属性值表示资源会在 30 秒后过期,需要再次请求。

Cache-Control 可以在请求头或者响应头中设置,并且可以组合使用多种指令

 

 

从图中我们可以看到,我们可以将多个指令配合起来一起使用,达到多个目的。比如说我们希望资源能被缓存下来,并且是客户端和代理服务器都能缓存,还能设置缓存失效时间等等。


协商缓存

如果缓存过期了,就需要发起请求验证资源是否有更新。协商缓存可以通过设置两种 HTTP Header 实现:Last-Modified 和 ETag 。

当浏览器发起请求验证资源时,如果资源没有做改变,那么服务端就会返回 304 状态码,并且更新浏览器缓存有效期。

 

Last-Modified 和 If-Modified-Since

Last-Modified 表示本地文件最后修改日期,If-Modified-Since 会将 Last-Modified 的值发送给服务器,询问服务器在该日期后资源是否有更新,有更新的话就会将新的资源发送回来,否则返回 304 状态码。

但是 Last-Modified 存在一些弊端:

  • 如果本地打开缓存文件,即使没有对文件进行修改,但还是会造成 Last-Modified 被修改,服务端不能命中缓存导致发送相同的资源
  • 因为 Last-Modified 只能以秒计时,如果在不可感知的时间内修改完成文件,那么服务端会认为资源还是命中了,不会返回正确的资源

因为以上这些弊端,所以在 HTTP / 1.1 出现了 ETag 。

ETag 和 If-None-Match

ETag 类似于文件指纹,If-None-Match 会将当前 ETag 发送给服务器,询问该资源 ETag 是否变动,有变动的话就将新的资源发送回来。并且 ETag 优先级比 Last-Modified 高。

以上就是缓存策略的所有内容了,看到这里,不知道你是否存在这样一个疑问。如果什么缓存策略都没设置,那么浏览器会怎么处理?

对于这种情况,浏览器会采用一个启发式的算法,通常会取响应头中的 Date 减去 Last-Modified 值的 10% 作为缓存时间。

实际场景应用缓存策略

单纯了解理论而不付诸于实践是没有意义的,接下来我们来通过几个场景学习下如何使用这些理论。

频繁变动的资源

对于频繁变动的资源,首先需要使用 Cache-Control: no-cache 使浏览器每次都请求服务器,然后配合 ETag 或者 Last-Modified 来验证资源是否有效。这样的做法虽然不能节省请求数量,但是能显著减少响应数据大小。

代码文件

这里特指除了 HTML 外的代码文件,因为 HTML 文件一般不缓存或者缓存时间很短。

一般来说,现在都会使用工具来打包代码,那么我们就可以对文件名进行哈希处理,只有当代码修改后才会生成新的文件名。基于此,我们就可以给代码文件设置缓存有效期一年 Cache-Control: max-age=31536000,这样只有当 HTML 文件中引入的文件名发生了改变才会去下载最新的代码文件,否则就一直使用缓存。

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