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关于缓存的深度剖析

2024-07-17 01:29:35   223人阅读

关于缓存的二三事

本文主要想讲一下缓存的一些详细过程，为了让大家容易看懂，并且可以做出选择性的了解整个缓存的机制，我在这里从问题入手，逐步剖析缓存中的原理和用户代理（可以简单认为是浏览器）在这里所做的操作。

问题：

  1. 缓存和304的区别与联系
  2. http响应首部中Age和Max-Age的区别与联系
  3. 缓存过期一定会再验证吗
  4. Cache-Control:no-cache;和Cache-Control:max-age:0;的区别

如果以上问题，你完全没有疑问，那你完全可以略过此文了~

缓存和304的区别

欲了解这个问题，我们首先需要弄清楚浏览器处理缓存的整个流程。请看下图：

如图所示，当有请求到达的时候，用户代理首先会检查有没有缓存，以及缓存是否新鲜，如果有缓存并且新鲜就直接提供给客户端，如果不是，那么这时候就会触发一个与服务器再验证的过程。如果在验证过程发现文件没有变化，那么就会返回一个304。到此，大家应该明白缓存和304的区别，实际上是两个独立的过程，首先是缓存的检查，然后是服务器端的再验证，304是服务器端验证的返回值之一，如果服务器端验证发现文件更新了，则会直接以200返回。

既然说到了服务器再验证，那么下面我们详细说一下服务器再验证的过程。

HTTP定义了5个条件再验证首部，对缓存验证来说，最重要的首部是

if-modified-since和if-none-match

其他条件首部是：if-unmodified-since，if-range，if-match。

if-modified-since和last-modified配合使用。服务器传回的时间在last-modified中，再验证时，就用if-modified-since把这个时间带回给服务器。

if-none-match 和 e-tag配合使用。服务器传回的tag在e-tag中，再验证时，就用if-none-match把这个tag带回给服务器验证。

验证流程图如下：

大部分情况下，我们都使用if-modified-since，也就是使用修改时间来验证就足够了，但是有些情况例外，所以HTTP协议为我们准比了e-tag，简单来说，如果文件需要周期性的使用相同的文件，那么修改时间就无法满足需求了。

具体无法使用last-modified再验证的情况如下，

  • 有些文档可能周期性的重复。内容没有变化，但修改日期发生变化。
  • 有些文档被改了，但是修改不重要，不需要重新加载。
  • 有些服务器无法准确判断其页面的最后修改时间。
  • 有些服务器提供的文档会在亚秒之间发生变化，这样last-modified提供以秒为单位的验证就不准确了。

http响应首部中Age和Max-Age的区别与联系

说起这个，要从Age首部的由来说起，然后又不得不说起用户代理计算缓存使用期的方法。

首先，缓存是否过期取决于两个值：生命期 和 新鲜度值

Age首部来自于生命期的计算，我们首先来看看生命期的计算方法：

HTTP使用期计算的细节有点棘手，但其基本概念很简单。响应到达缓存时，缓存可以用过查看Date首部或者Age首部来判断响应已使用的时间。缓存还能记录下文档在本地缓存中停留的时间。把这些值加起来就是缓存的总使用期。

1. 表面使用期

$apparent_age = max(0,$time_got_response - $Date_header_value);

2. 逐跳使用期

由于本地的时间不一定准确，所以表面使用期肯定会存在误差。HTTP/1.1 会让每台设备都将相对使用期累加到Age首部中去，以此来解决缺乏通用同步时钟的问题。这种方式并不需要进行跨服务器的、端到端的时钟对比。

除了基于Date计算出来的Age之外，还使用了相对Age值，而且不论是跨服务器的Date值，还是计算出来的Age值都可能被低估，所以会选择使用估计出的两个Age值中最保守的那个。

$apparent_age = max(0,$time_got_response - $Date_header_value);
$corrected_apprent_age = max($apparent_age, $Age_header_value);
$response_delay_estimate = $time_got_response - $time_issued_request;
$age_when_document_arrived_at_our_cache = $corrected_apparent_age + $response_delay_estimate;

3. 对网络延时的补偿

浏览器会把浏览器请求缓存的时间和收到缓存的时间计算一个差值来补偿网络延时。

$apparent_age = max(0,$time_got_response - $Date_header_value);
$corrected_apprent_age = max($apparent_age, $Age_header_value);
$age_when_document_arrived_at_our_cache = $corrected_apparent_age;

4. 完整使用期计算

关注第2点，逐跳使用期的计算中，Age是用来把缓存在每台设备中停留的时间累加用的，这个值只会出现在有多级缓存的请求中，不得不提一下，缓存也是有拓扑结构的，可能会有层级缓存，兄弟缓存等，但这不是本文的重点，如有需要，自行了解。

而max-age，这个值的用法是 cache-control:max-age:600

以秒为单位，用来控制缓存的新鲜度用的，当设置cache-control:max-age:600，表示该缓存可以有600s的新鲜期。一般情况下，如果在这个时间内，就直接使用缓存，超出这个时间就需要向服务器发起在验证。

顺便提一下expires，不推荐使用这个值，因为expires的值是一个具体的时间点，因为客户端时间可能和服务器不一致，这极可能导致缓存不准。

缓存过期一定会再验证吗

欲了解这个问题，我们就需要了解cache-control的几个值了。

  • cache-control:max-stale

缓存可以随意使用过期文件。

  • cache-control:max-stale=<s>

最多在未来s秒内，可以使用过期的缓存，这就放宽的缓存限制。

  • cache-control:min-refresh=<s>

至少在未来s秒内文档要保持新鲜，这就收紧了缓存限制。

  • cache-control:no-store

no-store 会直接删除改缓存对象。

  • cache-control:no-cache

no-cache 表示缓存是可以用的，但是在使用之前必须再验证。

  • cache-control:must-revalidate

must-revalidate 表示每次使用缓存都必须再验证。

  • cache-control:max-age

以秒为单位，设置缓存的新鲜度，推荐使用。

  • expires

一个绝对时间，设置缓存将在那个时刻过期。不推荐使用expires，因为很多服务器时间都不同步。

看到这里应该明白了，缓存即使过期也可以使用max-stale来强制使用过期的缓存，当然，就算缓存没过期，也同样可以使用min-refresh来强制不让使用。

Cache-Control:no-cache;和Cache-Control:max-age:0;的区别

有了上一题的铺垫，这个问题很好回答了，Cache-Control:max-age:0;仅仅说明了当前缓存过期，默认情况下，浏览器会再验证。但这不是绝对的。某些情况下，有可能需要用到过期的缓存而不用再验证，那么你可以这么写 Cache-Control:max-age:0,max-stale=50;，这个时候就会使用过期的缓存了。而Cache-Control:no-cache;说明除非资源进行了在验证，否则不允许使用缓存。所以如果严格来说的话，Cache-Control:max-age:0,must-revalidate;的意思才和Cache-Control:no-cache;是一样的。

好了，关于缓存的一些东西，这里就介绍完了，当然并不是全部，关于缓存的拓扑结构，缓存新鲜度值的具体计算，缓存的弱验证，以及缓存试探性过期，如果有兴趣，读者依然可以继续阅读其他的文献。


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