摘要：緩存緩存主要是通過(guò)請(qǐng)求和響應(yīng)報(bào)文頭中的對(duì)應(yīng)信息，來(lái)控制緩存的策略。就會(huì)返回一個(gè)的狀態(tài)碼，表示可以繼續(xù)使用客戶端本地緩存的數(shù)據(jù)，并刷新超時(shí)時(shí)間。與之相對(duì)的，則表示當(dāng)前響應(yīng)是針對(duì)單個(gè)用戶的，并非通用數(shù)據(jù)，因此不建議任何中間緩存對(duì)其進(jìn)行緩存。

題圖：by @joewakeford

Hi，大家好，我是承香墨影！

HTTP 協(xié)議在網(wǎng)絡(luò)知識(shí)中占據(jù)了重要的地位，HTTP 協(xié)議最基礎(chǔ)的就是請(qǐng)求和響應(yīng)的報(bào)文頭（Header），大多數(shù) Http 協(xié)議的使用方式，都是依賴設(shè)置不同的 HTTP 請(qǐng)求/響應(yīng) 的 Header 來(lái)實(shí)現(xiàn)的。

本系列《實(shí)用 HTTP》就拋開(kāi)常規(guī)的 Header 講解式的表述方式，從實(shí)際問(wèn)題出發(fā)，來(lái)分析這些 Http 協(xié)議的使用方式，到底是為了解決什么問(wèn)題？同時(shí)講解它是如何設(shè)計(jì)的和它實(shí)現(xiàn)原理。

HTTP 協(xié)議是一種無(wú)狀態(tài)的“松散協(xié)議”，它不會(huì)記錄不同請(qǐng)求的狀態(tài)，并且因?yàn)樗旧戆藘啥耍蛻舳撕头?wù)端），根據(jù)請(qǐng)求和響應(yīng)來(lái)區(qū)分，它大部分的內(nèi)容都只是一個(gè)建議，其實(shí)雙邊是可以不遵守此建議的。例如：服務(wù)端說(shuō)，這個(gè)數(shù)據(jù)緩存有一天的時(shí)效性，但是客戶端可以說(shuō)，我不聽(tīng)我不聽(tīng)，我就要每次去重新請(qǐng)求。

“這里寫了建議零售價(jià) 2 元...”
“哦，不接受建議！”

說(shuō)到緩存，本文就來(lái)說(shuō)說(shuō) HTTP 緩存相關(guān)的內(nèi)容。

緩存說(shuō)白了就是為了快，無(wú)論是從磁盤到內(nèi)存還是從網(wǎng)絡(luò)到本地，都是為了在下次實(shí)用此資源的時(shí)候，能夠快速響應(yīng)，避免多次的 I/O 操作。

通過(guò)網(wǎng)絡(luò)獲取資源，是一件耗時(shí)的操作，較大的資源還會(huì)需要客戶端和服務(wù)端之間進(jìn)行多次往返通信，這不但會(huì)增加客戶端響應(yīng)的時(shí)間，同時(shí)還會(huì)增加網(wǎng)絡(luò)流量。

在 HTTP 協(xié)議中，天然就有對(duì)緩存的支持，瀏覽器和 App 使用的開(kāi)源網(wǎng)絡(luò)庫(kù)中，都是利用 HTTP 緩存來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)資源的緩存。

瀏覽器是天然支持 HTTP 緩存，開(kāi)源庫(kù)則需要進(jìn)行一些例如存規(guī)則和緩存的資源存放路徑之類的簡(jiǎn)單設(shè)定。

那如果讓我們來(lái)設(shè)計(jì)緩存的策略，首先有兩個(gè)重要的指標(biāo)需要考慮。

1. 緩存失效

既然緩存主要是針對(duì)數(shù)據(jù)的復(fù)用，那我們就需要有一個(gè)條件來(lái)判定當(dāng)前緩存的數(shù)據(jù)，是否依然有效。

總是不能一次緩存，終身使用吧，我們還需要在緩存失效之后，重新獲取新的數(shù)據(jù)并進(jìn)行緩存。這個(gè)前提就是，緩存都需要有一個(gè)失效的策略。

2. 減少讀取

雖然緩存會(huì)有失效策略，但是這只是客戶端單方面認(rèn)為失效，此時(shí)應(yīng)該再去服務(wù)端重新獲取一遍數(shù)據(jù)。

可有些情況下，其實(shí)資源可能依然有效，并沒(méi)有發(fā)生變動(dòng)。那就需要有一個(gè)策略，讓服務(wù)端通知客戶端，當(dāng)前緩存依然有效，可以繼續(xù)使用。這樣在減少傳輸流量之外，也可以加快相應(yīng)時(shí)間，提高效率。

這就是一個(gè)好的緩存策略必須要考慮的地方，實(shí)際上 HTTP 緩存，也是這樣設(shè)計(jì)的。

HTTP 緩存主要是通過(guò)請(qǐng)求和響應(yīng)報(bào)文頭中的對(duì)應(yīng) Header 信息，來(lái)控制緩存的策略。

這里主要涉及兩個(gè) Header：

Cache-Control：設(shè)定緩存策略，是否使用緩存，超時(shí)時(shí)間是多少。

ETag：當(dāng)前返回?cái)?shù)據(jù)的驗(yàn)證令牌，可能是 Hash 值也可能是其他指紋，主要用于在下次請(qǐng)求的時(shí)候攜帶上，讓服務(wù)端依此判斷當(dāng)前數(shù)據(jù)是否有更改。

服務(wù)端在返回響應(yīng)數(shù)據(jù)的時(shí)候，會(huì)在報(bào)文頭中，增加用于描述當(dāng)前響應(yīng)的內(nèi)容類型、數(shù)據(jù)長(zhǎng)度、緩存策略（Cache-Control）、驗(yàn)證令牌（ETag）等信息。

例如上圖就表示了一次請(qǐng)求響應(yīng)的事務(wù)，大概客戶端請(qǐng)求一個(gè)文件的時(shí)候，服務(wù)端返回了一個(gè) 200 的狀態(tài)碼，表示響應(yīng)正常，響應(yīng)的數(shù)據(jù)長(zhǎng)度為 1024 個(gè)字節(jié)，建議客戶端將此資源緩存最多 120 秒，并且提供了一個(gè)指紋令牌（“cxmyDev123”），用來(lái)作為當(dāng)前數(shù)據(jù)的唯一標(biāo)識(shí)。

Cache-Control 中設(shè)定的 max-age 很好理解，就是設(shè)定緩存超時(shí)的時(shí)間，HTTP 緩存是限定一個(gè)超時(shí)的秒數(shù)，來(lái)確定緩存失效的時(shí)間。

上古時(shí)期還會(huì)使用 expires 來(lái)決定超時(shí)的日期，但是已經(jīng)被廢棄了，如果和 Cache-Control 同時(shí)存在，以 Cache-Control 為準(zhǔn)。

在此時(shí)間間隔范圍內(nèi)，客戶端不會(huì)再向服務(wù)端發(fā)送新的請(qǐng)求。當(dāng)資源距離上一次緩存的時(shí)間間隔，大于 120 秒后，客戶端才會(huì)再次向服務(wù)端發(fā)送請(qǐng)求。

假如沒(méi)有數(shù)據(jù)令牌的情況下，大概步驟應(yīng)該是這樣的：

1. 客戶端會(huì)首先找到本地緩存，然后發(fā)現(xiàn)它已經(jīng)失效，無(wú)法再次使用。

2. 客戶端再次向服務(wù)端發(fā)出新的請(qǐng)求，并獲取完整的數(shù)據(jù)再次進(jìn)行緩存。之后再刷新該緩存的超時(shí)時(shí)間。

但是這是一件效率非常低的事情，服務(wù)端并無(wú)法確定所持有的源資源什么時(shí)候會(huì)失效，所以提供的 max-age 值，只是一個(gè)參考值，是需要取平衡的，太短會(huì)導(dǎo)致請(qǐng)求頻繁，太長(zhǎng)又會(huì)導(dǎo)致無(wú)法及時(shí)刷新客戶端資源。而此時(shí)再次請(qǐng)求的時(shí)候，是存在一定的概率，客戶端緩存的數(shù)據(jù)和服務(wù)端上持有的數(shù)據(jù)是一致的，我們就不需要再次對(duì)此數(shù)據(jù)資源進(jìn)行二次緩存，直接使用客戶端之前緩存的數(shù)據(jù)即可，同時(shí)還需要刷新緩存超時(shí)時(shí)間。

這正是數(shù)據(jù)驗(yàn)證令牌（ETag）想要解決的問(wèn)題，服務(wù)端生成并返回的這個(gè)數(shù)據(jù)指紋令牌，通常就是返回?cái)?shù)據(jù)的 Hash 值或者其他數(shù)據(jù)指紋，客戶端無(wú)需關(guān)心它的生成規(guī)則，只需要知道它是當(dāng)前數(shù)據(jù)的一個(gè)唯一標(biāo)識(shí)。

客戶端需要在下次請(qǐng)求時(shí)將其通過(guò) If-None-Match 這個(gè)請(qǐng)求報(bào)文頭，將此驗(yàn)證令牌發(fā)送至服務(wù)端，如果數(shù)據(jù)令牌指紋和服務(wù)端當(dāng)前的數(shù)據(jù)一致，則標(biāo)識(shí)資源未發(fā)生新的變化。就會(huì)返回一個(gè) 304 的狀態(tài)碼，表示可以繼續(xù)使用客戶端本地緩存的數(shù)據(jù)，并刷新超時(shí)時(shí)間。注意當(dāng)響應(yīng)碼為 304 的時(shí)候，它是不包含數(shù)據(jù)內(nèi)容的。

通常此緩存操作對(duì)我們都是透明的，它是瀏覽器和開(kāi)源網(wǎng)絡(luò)庫(kù)的基本實(shí)現(xiàn)，我們無(wú)需自己去判斷 max-age 和 ETag 的值，這一步我們只需要確定服務(wù)端對(duì)此有支持即可。

這里只是提到了 If-None-Match，它標(biāo)識(shí)比較 ETag 是否不一致，除此之外，還有一些其他的相關(guān)報(bào)文頭，例如 If-Match，有興趣可以查閱相關(guān)資料。

前面舉的例子中，我們只為 Cache-Control 設(shè)定了一個(gè) max-age，但是其實(shí)還有一些更豐富的配置。

從緩存性能最優(yōu)化的角度來(lái)看，最佳的緩存是無(wú)需與服務(wù)端通信的緩存，可以通過(guò)緩存來(lái)消滅網(wǎng)絡(luò)延遲以及數(shù)據(jù)請(qǐng)求，從而來(lái)提高用戶的體驗(yàn)。

Cache-Control 是在 HTTP/1.1 中被定義的，它可以用于取代之前的緩存策略，現(xiàn)在所有的瀏覽器都支持 Cache-Control ，它已經(jīng)成為一種通用的標(biāo)準(zhǔn)。

Cache-Control 還有一些更靈活的配置，用來(lái)對(duì)緩存做一些更細(xì)致的操作。

1. “no-cache” 和 “no-store”

這兩個(gè)參數(shù)都表示每一次請(qǐng)求，都需要真實(shí)的發(fā)送一個(gè)網(wǎng)絡(luò)請(qǐng)求。

它們之間的區(qū)別在于，“no-cache”并不是真的不緩存數(shù)據(jù)，它只是要求每次都確認(rèn)資源是否過(guò)期，也就是它會(huì)利用數(shù)據(jù)令牌 ETag 來(lái)一定程度的減小傳輸?shù)牧髁俊?/p>

而 “no-store” 完全是要求客戶端，每次都重新請(qǐng)求數(shù)據(jù)并下載最新的數(shù)據(jù)，不做任何緩存處理。這種不緩存的策略，也包括中間連接的代理、網(wǎng)關(guān) 等中間傳輸?shù)耐ǖ?，也一并不?duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行緩存，每次都從源服務(wù)器上獲取數(shù)據(jù)。

2. “public” 和 “private”

“public” 是一種默認(rèn)的策略，表示當(dāng)前緩存是開(kāi)放的，任何請(qǐng)求響應(yīng)的中間環(huán)節(jié)，都可以對(duì)其進(jìn)行緩存，如果我們不顯式指定，則當(dāng)前為 “public” 緩存。

與之相對(duì)的 “private”，則表示當(dāng)前響應(yīng)是針對(duì)單個(gè)用戶的，并非通用數(shù)據(jù)，因此不建議任何中間緩存對(duì)其進(jìn)行緩存。例如：瀏覽器就是一個(gè)比較私人的緩存源，它會(huì)緩存 “private” 的緩存，而 CDN 則不會(huì)。

前面提到，緩存的核心目的就是為了快，能讓下次使用的時(shí)候快速?gòu)?fù)用。所以在理想情況下，我們應(yīng)該將響應(yīng)數(shù)據(jù)盡可能多的緩存，盡可能的緩存足夠長(zhǎng)的時(shí)間，并且為每個(gè)資源提供多帶帶的數(shù)據(jù)驗(yàn)證令牌，以便在時(shí)間過(guò)期之后快速校驗(yàn)。

但是任何事情都是要取其平衡點(diǎn)的，不存在什么最佳緩存策略，并非所有響應(yīng)資源都需要加緩存，這就需要根據(jù)業(yè)務(wù)場(chǎng)景來(lái)設(shè)定。

這里給出一個(gè)增加 HTTP 緩存的通用策略樹(shù)，你在對(duì)響應(yīng)增加緩存的時(shí)候，可以參考它來(lái)執(zhí)行。

正常情況下，我們針對(duì)不同的響應(yīng)屬性，會(huì)對(duì)它設(shè)置不同的緩存策略，下面根據(jù)場(chǎng)景，舉幾個(gè)例子。

和單個(gè)用戶緊密相關(guān)的數(shù)據(jù)，通常我們是不建議使用緩存的，但是依然存在幾個(gè)等級(jí)。

1. 嚴(yán)格不使用緩存

Cache-Control:no-store

2. 允許客戶終端緩存，但是每次使用都需要確認(rèn)

Cache-Control:no-cache
ETag:"cxmyDev1234"

3. 允許客戶終端短時(shí)間緩存

Cache-Control:private max-age=600
ETag:"cxmyDev1234"

一些通用響應(yīng)資源，更新的頻率非常的低，我們可以根據(jù)需要調(diào)整 max-age 的大小即可。

Cache-Control:max-age=86400
ETag:"cxmyDev1234"

緩存的策略，一旦確定并下發(fā)到客戶端，服務(wù)端就失去了對(duì)齊的控制權(quán)。也就是說(shuō)，如果我們?cè)O(shè)定了 max-age，在此資源有效期超時(shí)之前，哪怕服務(wù)端的源資源已經(jīng)被替換修改，我們也沒(méi)有一個(gè)合適的時(shí)機(jī)去通知客戶端更新新的響應(yīng)數(shù)據(jù)。

那么有沒(méi)有什么好的策略去標(biāo)記資源廢棄？同時(shí)又能友好的利用緩存策略。

在互聯(lián)網(wǎng)上，所有服務(wù)上的資源，都有一個(gè)對(duì)應(yīng)的 URL（統(tǒng)一資源定位符），它可以明確說(shuō)明如何從一個(gè)精確且固定的位置獲取資源。而 HTTP 緩存，也是依賴于 URL 的，注意 URL 是大小寫敏感的，同一個(gè) URL 表示同一個(gè)請(qǐng)求響應(yīng)，依此來(lái)判斷緩存和后續(xù)緩存的復(fù)用。

所以我們是可以在 URL 上做文章的。

前面提到，瀏覽器是天然支持 HTTP 緩存的，對(duì)于瀏覽器來(lái)說(shuō)，它所面對(duì)的就是一個(gè)個(gè) HTML 頁(yè)面，頁(yè)面內(nèi)會(huì)包含一些 CSS、Image、JavaScript、JSON 資源和數(shù)據(jù)。

針對(duì)不同的資源和數(shù)據(jù)，我們可以在其 URL 上，增加數(shù)據(jù)令牌指紋，當(dāng)資源變動(dòng)的時(shí)候，同時(shí)也去刷新改指紋令牌。

到這里就很好理解了：

HTML 頁(yè)面，使用 no-cache，強(qiáng)制每次都向源服務(wù)器確認(rèn)數(shù)據(jù)。

CSS文件通常變動(dòng)的頻率非常低，所以可以允許中間層緩存，并且緩存時(shí)間為一年不過(guò)期。

JavaScript內(nèi)有業(yè)務(wù)邏輯，可以設(shè)定為只允許客戶終端緩存。

getUserInfo，是為個(gè)人用戶數(shù)據(jù)相關(guān)，這里推薦可緩存，但是需要每次向服務(wù)器重新確認(rèn)。

在 App 中使用的接口，其實(shí)和網(wǎng)頁(yè)又不一樣，HTML 網(wǎng)頁(yè)的結(jié)構(gòu)類似一個(gè)樹(shù)形結(jié)構(gòu)，先通過(guò)獲取 .html 文件獲取其內(nèi)所有資源的表，然后依次根據(jù)緩存策略進(jìn)行訪問(wèn)。

但是在 App 中，和服務(wù)器的交互都是通過(guò)數(shù)據(jù)接口來(lái)實(shí)現(xiàn)的，就不存在最開(kāi)始獲取一個(gè)類似 HTML 文件這樣的樹(shù)形接口，每個(gè)接口都是一個(gè)個(gè)“孤島”，可以多帶帶存在。我們就無(wú)法提前知道某個(gè)接口的響應(yīng)數(shù)據(jù)已經(jīng)過(guò)期，同時(shí)也無(wú)法修改 URL 上攜帶的數(shù)據(jù)指紋令牌。

但是其實(shí)我們是可以通過(guò) App 和設(shè)備的一些固有信息，作為 URL 的參數(shù)傳遞，以此來(lái)刷新數(shù)據(jù)。

例如這里 /app/main 獲取主頁(yè)的數(shù)據(jù)，這里將當(dāng)前 App 的版本號(hào)當(dāng)參數(shù)拼接在 URL 的后面，以此方式來(lái)強(qiáng)制不同的版本，刷新不同的數(shù)據(jù)。避免剛升級(jí)上來(lái)的 App，還在使用舊版本的數(shù)據(jù)。

這個(gè)例子中，版本號(hào)只是其中一個(gè)維度，如果有必要，還可以傳遞其他維度的信息，例如當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)，當(dāng)前用戶 id 等等。

到這里我們基本上把 HTTP 的緩存所有相關(guān)的內(nèi)容都講了一遍，這里簡(jiǎn)單總結(jié)一下。

HTTP 緩存依賴 URL 做唯一標(biāo)識(shí)，不同的 URL 使用不同的緩存。

Cache-Control 可以控制緩存策略，共有或者私有、緩存超時(shí)時(shí)長(zhǎng)等。

通過(guò) ETag 來(lái)標(biāo)記數(shù)據(jù)指紋令牌，以此來(lái)確定響應(yīng)數(shù)據(jù)是否更新。

應(yīng)該為每個(gè)響應(yīng)資源提供對(duì)應(yīng)的緩存策略。

如果需要廢棄之前的緩存，可以利用修改請(qǐng)求 URL 的方式，將數(shù)據(jù)指紋令牌追加在 URL 之后，以此來(lái)更新數(shù)據(jù)。

關(guān)于 HTTP 緩存，你還有什么更好的想法，可以在留言區(qū)討論。

參考資料：

《HTTP緩存》：http://t.cn/RL1NI8P

《基于緩存策略三要素分解法》

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