简析强制缓存和协商缓存

零、目录

背景介绍
http 缓存机制
使用小结

一、背景介绍

浏览器和服务器进行交互的过程，时间开销的瓶颈往往出现在数据的传输的过程之中。

这个场景类似介于 A城到 B城之间只有一座 “通道” ，每次想从A城到 B城，必须按照人数交付高昂的路费，那么如果要减少这种高昂的路费开销的话，核心思想就是尽可能的减少通过这座 “通道” 的次数又或者减少通过这座通道的“人数”。基于这种理念，在 http协议的基础上，提出了一种协议缓存，这种协议缓存又可以细分为 强制缓存 和 协商缓存 两种，分别对应上述减少过桥次数和减少过桥人数的理念。

二、http缓存机制简介

1. 强制缓存

强制缓存的思想是，在浏览器内置数据库中缓存每次请求中 “可以被缓存” （受到一些关键字的管控）的静态资源如 image, css, js 文件，当第二次请求被缓存过的资源时候，会通过校验两个字段 Expires 和 Cache-Control 的max-age字段（注意，Expires 是 http1.0 的产物， Cache-Control 则是 http1.1 的产物。两者同时存在，或者只存在其中之一，都可以触发强制缓存）

当满足字段约束的情况下，浏览器就不会向服务器发送请求而是直接从服务器返回数据，同时其状态码为 200
当不满足字段约束的情况下，浏览器则会向服务器正常发送请求，具体流程可见图（01.强制缓存示意图）

（01.强制缓存示意图）

强制缓存主要取决于两个字段 Expires 和 Cache-Control 中的 max-age 字段，在两个响应头都存在的情况下，其流程如图（02. 强制缓存执行流程图）所示

（02. 强制缓存执行流程图）

如图（02. 强制缓存执行流程图）可知，当两个字段同时存在得到时候， Cache-Control 中的 max-age 字段字段优先级会稍微高一点，当 Cache-Control 中的 max-age 字段校验成功，会直接返回浏览器内置数据库的缓存，失效时才会将决策权传递给 Expires 字段判断。

这样设计的原因，大概是因为 Expires 字段在设计时存在了这么一个缺陷——Expires字段返回的是服务器的时间，而非客户端的本机时间。当存在时差，或者客户修改本地时间的情况下 Expires 字段会存在失效的可能性，比如当同一时刻下的服务器时间为 2022/4/26 06:00:00 客户端时间为 2022/4/26 12:00:00 过期时间为两个小时之后，则服务器会返回 2022/4/26 08:00:00 这个时间对应的值。由于浏览器运行在客户环境下，对于客户而言，这个缓存已经过期了，虽然缓存确实有效，但是对于浏览器而言这个缓存确确实实是 “过期了”，这会导致强制缓存永远不会生效！

那么为了解决这个问题， http 1.1 协议中添加了 Cache-Control 中的 max-age，他是一个相对值，即客户端获取到这个文件多少秒后失效，其判别权力全权交由浏览器，这会相对更准确些。

2. 协商缓存

协商缓存主要由 ETag 和 Last-Modified 两个字段来实现

ETag 是一个用于映射 web 资源的映射 token，这个 token 应该满足唯一对应到一个web服务器上的静态资源（具体实现通常是提取文件相关信息进行hash和base64编码等操作）
Last-Modified 则通常是文件最后更新的日期时间戳

（通过上述两个字段就可以判断当前文件是否是最新的数据）

与上述两个字段配对的分别是 If-None-Match 和 If-Modified-Since 这两个字段，具体流程如下图所示（03. 协商缓存示意图）

（03. 协商缓存示意图）

浏览器首次向服务器请求数据 A，服务器正常返回数据，同时在响应头中放入 ETag 和 Last-Modified 两个新字段。

当浏览器第二次向服务器请求数据 A 时，浏览器会自动地在请求头附上 If-None-Match 和 If-Modified-Since 两个字段（分别对应的是 ETag 和 Last-Modified 的值，两两相等），然后由服务器端进行校验，校验通过的话（表明数据有效），服务器会直接返回 状态码 304 ，且不携带响应体的报文段，这相当于告诉浏览器：当前缓存有效，可以直接使用！ 校验失败则会和首次请求一样，返回状态码为200且携带数据响应体的报文段，同时这个响应头会带上新的ETag 和Last-Modified， 为下一次协商缓存做好铺垫。

需要注意的是，在不用框架的情况下，协商缓存需要由后端开发人员手动实现，因此 ETag 和 Last-Modified 两个字段的优先级取决于开发者，但是 Last-Modified 这个字段可以记录的时间戳精确度是有一定限制的，如果连续多次数据更新在精确度范围外，会产生精确度丢失，因此通常会让ETag 的优先级高于 Last-Modified 字段（类似于Cache-control中max-age一样，属于是后续改进协议的一个新字段，因此优先级一般会高点）

3. 强制缓存 + 协商缓存

了解了 强制缓存 和 协商缓存，我们不妨看看两者并存的情况，如图（04. 强制缓存和协商缓存联合）所示

（04. 强制缓存和协商缓存联合）

默认情况下，浏览器会优先考量强制缓存的情况，当强制缓存生效的情况下，请求并不会到达服务器，因此也就不会触发协商缓存。当强制缓存失效的时候，浏览器便会将请求传递到服务器，于是服务器又会开始校验 If-Modified-Since 和 If-None-math 两个字段，重复上述协商缓存的一个执行流程

乍一看，两者并存的情况，有点像是两个协议的简单叠加，此时的协商缓存更像是强制缓存的兜底策略，很可能协商缓存很长一段时间都不会生效（强制缓存过期时间设置过长的情况下），因为强制缓存的优先级是要高于协商缓存的。当然这并不是我们想看到的，比方说当后端数据确实变更了，而此时的浏览器由于使用了强制缓存，则会出现数据不一致的情况，因此在这里引入了请求头中的两个字段 no-cache，当使用了 no-cache 字段的时候，浏览器将不再使用强制缓存，而是直接去请求服务器，这个时候就会用到协商缓存了（顺带一提的是，还有一个 no-store 字段，用了这个字段浏览器则不会在使用缓存的数据也不缓存数据，即强制缓存和协商缓存都失效了）

4. 缓存机制之间的一些区别

强制缓存在缓存有效的情况下不会去请求服务器，其数据来源则是浏览缓存的本地磁盘。而协商缓存会向服务器请求，但是在协商缓存成功的情况下，服务器只会返回一个不带响应体的报文，结合开头的背景来说 强制缓存选择“减少过桥次数”的策略，而协商缓存则是采用 ‘减少过桥人数’的策略
强制缓存在浏览器强制刷新的情况下不会生效，而协商缓存则不受影响。（调试代码测试时候，要注意）
强制缓存返回的报文状态码为 200， 协商缓存返回的报文状态码为 304 （前端使用fetch请求的情况，协商缓存的状态码304 会转成 200）
强制缓存发生在浏览器端， 协商缓存发生在服务器端