树深遇鹿

http缓存详解

2023/6/5 nodehttp

# 引言📇

HTTP缓存是一种用于提高网站性能和减少带宽使用的技术。当用户访问一个网页时，浏览器会下载页面上的所有资源（如HTML、CSS、JavaScript等），这些资源会占用大量的带宽和时间。为了减少这些资源的加载时间，HTTP缓存机制被引入。📚︎

缓存分为强缓存和协商缓存两种，强缓存不能缓存地址栏访问的文件，协商缓存可以缓存地址栏访问的文件。

# 1、强缓存🛅

由服务器设置过期时间，在该时间到期之前，浏览器会直接从本地缓存中获取资源。

强缓存的实现方式有两种：Expires和Cache-Control。

# 1.1、Expires❤️❤️🤍🤍🤍

Expires 是 HTTP 缓存机制中实现强缓存的一种方式，它通过在响应头部中加入一个过期时间来控制缓存。Expires 的值是一个日期，格式为：Wed, 21 Oct 2015 07:28:00 GMT。它表示该资源的过期时间。当浏览器再次请求该资源时，会判断是否在该过期时间内，如果是则直接从缓存中获取资源，否则重新向服务器请求。

要设置 Expires 头部，需要在服务器端进行配置。例如，在 Nginx 中可以使用expires指令来设置过期时间：

location / {
    expires 1h;
}
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注意⚡⚡：由于Expires是基于客户端时间计算的，如果客户端的时间与服务器的时间不一致，则可能会影响缓存效果。

# 1.2、Cache-Control❤️❤️❤️🤍🤍

Cache-Control 是通过在响应头部中加入 Cache-Control 字段，并设置max-age值来表示该资源在多少秒内有效（即缓存的最大时长）。

Cache-Control响应头的最常用格式为：

Cache-Control: max-age=<seconds> // seconds 是缓存的时间，单位是秒
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当浏览器请求资源得到的响应头中带有 Cache-Control 响应头时，浏览器会将该资源缓存到本地。在下一次访问该资源时，同时满足下述条件，浏览器就会使用本地资源（即缓存），而不重新去服务器请求该资源：

  1. 缓存时间未过期
  2. URL未发生变化
  3. 请求头中没有 Cache-Control: no-cache 或 Pragma: no-cache 这两个信息（强制刷新会在请求头中添加 Cache-Control: no-cache）

注意⚡⚡：直接通过浏览器的地址栏访问的资源缓存会失效（跟强制刷新一样会在请求头中添加 Cache-Control: no-cache）

接下来我们通过一个简单的页面来实践一下：

目录结构，我们准备两个文件 index.js 和 index.html ，再准备两张图片：

http
|--- index.js
|--- index.html
|--- 1.jpg
|___ 2.jpg
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index.js

提供一个 node 服务，用于返回浏览器请求的资源（index.html 和图片）

// index.js
const http = require('http')
const fs = require('fs')
const path = require('path')

const server = http.createServer((req, res) => {

  let filePath = path.resolve(__dirname, req.url === '/' ? `index.html` : '1.jpg')

  res.writeHead(200, {
    'Content-Type': req.url === '/' ? 'text/html; charset=utf-8' : 'image/png',
    'Cache-Control': 'max-age=86400', // 缓存一天
  })
  const fileStream = fs.createReadStream(filePath)
  return fileStream.pipe(res)
})

server.on('clientError', (err, socket) => {
  socket.end('HTTP/1.1 400 Bad Request\r\n\r\n')
})

server.listen(8080, () => {
  console.log(`opened server on http://localhost:${server.address().port}`)
})
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index.html

一个简单的页面，包含一张图片，因为我们会直接通过浏览器的地址栏访问 html，所以 html 的缓存策略会失效。这里我们判断缓存是否生效是通过页面中的图片去判断的。

<!-- index.html -->
<!DOCTYPE html>
<html lang="en">
<head>
  <meta charset="UTF-8">
  <meta http-equiv="X-UA-Compatible" content="IE=edge">
  <meta name="viewport" content="width=device-width, initial-scale=1.0">
  <title>Hello World</title>
</head>
<body>
  <h1>Hello World!</h1>
  <!-- 别忘记替换成你的图片名称 -->
  <img src="./1.jpg" title="123">
</body>
</html>
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然后随便准备两张图片就可以了，我们在项目的跟目录使用 node index.js 来启动项目。如下图提示，就表示启动成功，然后我们通过浏览器访问 http://localhost:8080/ 就能看到我们的页面了。

image.png

首次请求 我们主要看图片的请求头跟响应头就行（因为html的缓存会失效）。

image.png

image.png

刷新页面（非强制刷新）

第二次的请求可以看到请求的 Size 变成了 memory cache，并且 Time 也变为了 0。再进一步看请求头和响应头，请求头中的 Cache-Control: no-cache 属性没有了，并且浏览器会给出一个警告：Provisional headers are shown. Disable cache to see full headers.。大致意思就是当前使用的是缓存的临时文件，禁用缓存后才可以查看完整的请求头。

image.png

image.png

验证缓存

上述的方法可能并不一定让你相信我们使用的是缓存文件，而不是重新请求的资源文件。

一开始我们准备了两张图片，现在使用的是 1.jpg，还有一个 2.jpg，我们把 1.jpg 删除了，然后把2.jpg 改名成 1.jpg，然后刷新页面（非强制刷新），就会发现虽然我们图片更改了，但是图片并不是我们后面改名的那个图片，还是之前的图片。

image.png

强制刷新后就能看到，我们替换的图片生效了，请求头中也带上了 Cache-Control: no-cache 属性。

image.png

# 2、协商缓存

利用浏览器和服务器之间的通信来确定是否需要重新获取资源。

协商缓存有两种实现方式：If-Modified-Since 和 ETag

当浏览器第一次请求资源时，服务器会返回该资源的 ETag 值和 Last-Modified 时间。当浏览器再次请求该资源时，它会将这些值作为请求头部的 If-Modified-Since 和 If-None-Match 字段发送给服务器。服务器会比较这些值与资源的当前状态，如果资源没有发生变化，服务器返回 304 Not Modified 响应，告诉浏览器可以使用缓存的资源。

如果资源已经发生了变化，服务器会返回新的资源，并更新 ETag 和 Last-Modified 。

# 2.1、If-Modified-Since ❤️❤️❤️❤️🤍

利用响应头的 Last-Modified 来设置缓存，并在下次请求的请求头中携带 If-Modified-Since 来判断该资源是否发生变化，如果发生变化则返回新的资源，并更新 Last-Modified 属性，如果没有发生变化，则返回 304 跟空的 body。

对强缓存的例子稍微修改一下

// index.js
const http = require('http')
const fs = require('fs')
const path = require('path')

const server = http.createServer((req, res) => {
  let filePath = path.resolve(__dirname, req.url === '/' ? `index.html` : '1.jpg')
  const stat = fs.statSync(filePath)
  const lastModified = stat.mtime.toUTCString()
  const header = {
    'Content-Type': req.url === '/' ? 'text/html; charset=utf-8' : 'image/png',
    'Last-Modified': lastModified
  }
  // 判断资源是否发生变化
  if (req.headers['if-modified-since'] === lastModified) {
    res.writeHead(304, header)
    res.end()
  } else {
    res.writeHead(200, header)
    const fileStream = fs.createReadStream(filePath)
    return fileStream.pipe(res)
  }
})

server.on('clientError', (err, socket) => {
  socket.end('HTTP/1.1 400 Bad Request\r\n\r\n')
})

server.listen(8080, () => {
  console.log(`opened server on http://localhost:${server.address().port}`)
})
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首次请求

响应头携带 Last-Modified: Mon, 05 Jun 2023 08:57:17 GMT 属性，告诉浏览器这个文件需要缓存。

image.png

刷新页面（非强制刷新）

第二次请求，响应状态码变为 304，并在请求头中携带 If-Modified-Since: Mon, 05 Jun 2023 08:57:17 GMT 属性，表示浏览器使用缓存文件。

image.png

改变html文件

把 html 中 的 Hello World! 改为 Web Html，并刷新页面（非强制刷新），发现响应状态码变为 200 ，并且更新了页面和响应头的 Last-Modified 属性。

image.png

注意⚡⚡：如果资源的修改时间只精确到秒，而不是毫秒，可能会导致缓存失效。此外，如果服务器上的资源被修改了，但修改时间没有更新，也会导致缓存失效

# 2、ETag ❤️❤️❤️❤️❤️

ETag 基本上与 If-Modified-Since 一致， 利用响应头的 Etag 来设置缓存，并在下次请求的请求头中携带 if-none-match 来判断该资源是否发生变化，如果发生变化则返回新的资源，并更新 Etag 属性，如果没有发生变化，则返回 304 跟空的 body。

const http = require('http')
const fs = require('fs')
const path = require('path')
const crypto = require('crypto')

const server = http.createServer((req, res) => {
  let filePath = path.resolve(__dirname, req.url === '/' ? `index.html` : '1.jpg')
  const fileContent = fs.readFileSync(filePath)
  const hash = crypto.createHash('md5').update(fileContent).digest('hex')
  const etag = `"${hash}"` // etag需要加双引号
  const header = {
    'Content-Type': req.url === '/' ? 'text/html; charset=utf-8' : 'image/png',
    'Etag': etag
  }
  if (req.headers['if-none-match'] === etag) {
    res.writeHead(304, header)
    res.end()
  } else {
    res.writeHead(200, header)
    const fileStream = fs.createReadStream(filePath)
    return fileStream.pipe(res)
  }
})

server.on('clientError', (err, socket) => {
  socket.end('HTTP/1.1 400 Bad Request\r\n\r\n')
})

server.listen(8080, () => {
  console.log(`opened server on http://localhost:${server.address().port}`)
})
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这里的测试证明就不写，不然这文章的字数就太水了，如果你们有兴趣可以自己尝试一下。

博客主要记录一些学习的文章，如有不足，望大家指出，谢谢。

Last Updated: 2023/6/5 09:32:54