深入剖析瀏覽器快取策略
前言
在訪問一個網頁時，客戶端會從伺服器下載所需的資源。但是有些資源很少發生變動，例如 HTML、JS、CSS、圖片、字型檔案等。如果每次載入頁面都從源伺服器下載這些資源，不僅會增加獲取資源的時間，也會給伺服器帶來一定壓力。因此，重用已獲取的資源十分重要。將請求的資源快取下來，下次請求同一資源時，直接使用儲存的副本，而不會再去源伺服器下載。這就是我們常說的快取技術。
快取的種類很多：瀏覽器快取、閘道器快取、CDN 快取、代理伺服器快取等。這些快取大致可以歸為兩類：共享快取和私有快取。共享快取能夠被多個使用者使用，而私有快取只能用於單個使用者。瀏覽器快取只存在於每個單獨的客戶端，因此它是私有快取。
本文主要介紹私有（瀏覽器）快取。你將學習：
- 瀏覽器快取的分類
- 如何啟用和禁止快取
- 快取儲存的位置
- 如何設定快取的過期時間
- 快取過期之後會發生什麼
- 如何為自己的應用制定合適的快取策略
-
除錯
- 如何判斷網站是否啟用了快取
- 如何禁用瀏覽器快取
快取儲存
啟用快取
Cache-Control
瀏覽器會根據 HTTP Response Headers 中的一些欄位來決定是否要快取該資源。通過設定 Response Headers 中的 Cache-Control 和 Expires 可以啟用快取，這樣資源就會被快取到客戶端。
Cache-Control 可以設定 private 、 public 、 max-age 、 no-cache 來啟用快取。
Cache-Control: private/public Cache-Control: max-age=300 Cache-Control: no-cache
-
private：表示該資源只能被瀏覽器快取。 -
public：表示該資源既能被瀏覽器快取，也能被任何中間人（比如代理伺服器、CDN 等）快取。 -
max-age：表示該資源能夠被快取的最大時間。如果設定max-age=0，該資源仍然會被瀏覽器快取，只不過立刻就過期了。 -
no-cache：該資源會被快取，但是立刻就過期了，因此需要先和伺服器確認資源是否發生變化，只有當資源沒有變化時，該快取才會被使用，否則需要從伺服器下載。相當於max-age=0。
Expires
Expires 標識了快取的具體過期時間，來控制資源何時過期。通過設定 Expires 可以啟用快取。不過需要注意 Expires 的值是格林威治時間（Greenwich Mean Time, GMT），不是本地時間。
Expires: Fri, 08 Mar 2029 08:05:59 GMT Expires: 0 // Expires: 0 仍然會啟用快取，只不過快取立刻過期。
優先順序
既然 Cache-Control 和 Expires 都能夠啟用快取，那麼問題來了，如果同時設定 Cache-Control: max-age=600 和 Expires: 0 ，那麼瀏覽器應該如何快取該資源呢？答案是隻有 Cache-Control: max-age=600 生效。因為 Cache-Control 的優先順序高於 Expires，如果同時設定了 Cache-Control 和 Expires，以 Cache-Control 為準。
瀏覽器的預設行為
設定 Cache-Control 之後，可以看到瀏覽器確實啟用了快取（from disk cache)。如下所示：
Cache-Control:max-age=604800, must-revalidate, public
但是我發現，即使 Response Header 中沒有設定 Cache-Control 和 Expires，瀏覽器仍然會快取某些資源。這是為什麼呢？
原來當 Response Header 中有 Last-Modified 但是沒有 Cache-Control 和 Expires 時，瀏覽器會用一套自己的演算法來決定這個資源會被快取多長時間。這是瀏覽器為了提升效能進行的優化，每個瀏覽器的行為可能不一致，有些瀏覽器上甚至沒有這樣的優化。因此，如果要啟用快取，還是應該自己設定合適的 Cache-Control 和 Expires，不要依賴瀏覽器自身的快取演算法。當然，如果在除錯時發現本應該更新的檔案沒有更新，也別忘了看看是否被瀏覽器快取了。
禁止快取
給 Cache-Control 設定 no-store 會禁止瀏覽器和中間人快取該資源。在處理包含個人隱私資料或銀行業務資料的資源時很有用。
Cache-Control: no-store
快取目標物件
一般來說，瀏覽器快取只能儲存 GET 響應，例如 HTML、JS、CSS、圖片等靜態資源。因為這些資源不經常發生變化，所以快取可以幫助提升獲取資源的速度。但是像一些 POST/DELETE 請求，這些請求基本上每一次都不一樣，因此也沒有什麼快取的價值。
快取位置
瀏覽器可以在記憶體、硬碟中開闢一個空間用以儲存請求資源的副本。我們經常在 Dev Tools 裡面看到 Memory Cache（記憶體快取）和 Disk Cache（硬碟快取），指的就是快取所在的位置。請求一個資源時，會按照優先順序（Service Worker -> Memory Cache -> Disk Cache -> Push Cache）依次查詢快取，如果命中則使用快取，否則發起網路請求。這裡只介紹常用的 Memory Cache 和 Disk Cache。
200 from Memory Cache
表示不訪問伺服器，直接從記憶體中讀取快取。因為快取的資源儲存在記憶體中，所以讀取速度較快，但是關閉程序之後，快取的資源也會隨之銷燬。一般來說，系統不會給記憶體分配較大的容量，因此記憶體快取一般用於儲存小檔案。同時，記憶體快取在有時效性要求的場景下也很有用（比如瀏覽器的隱私模式）。
200 from Disk Cache
表示不訪問伺服器，直接從硬碟中讀取快取。與記憶體相比，硬碟的讀取速度較慢，但是硬碟快取持續的時間更長，關閉程序之後，快取的資源仍然存在。由於硬碟的容量較大，因此一般用於儲存大檔案。
總的來說就是：
記憶體快取： 讀取快、持續時間短、容量小
硬碟快取： 讀取慢、持續時間長、容量大
快取分類
瀏覽器快取一般分為兩類：強快取（也稱本地快取）和協商快取（也稱弱快取）。判定過程如下：
- 瀏覽器傳送請求前，會先去快取裡面檢視是否命中強快取，如果命中，則直接從快取中讀取資源，不會發送請求到伺服器。否則，進入下一步。
- 當強快取沒有命中時，瀏覽器一定會向伺服器發起請求。伺服器會根據 Request Header 中的一些欄位來判斷是否命中協商快取。如果命中，伺服器會返回響應，但是不會攜帶任何響應實體，只是告訴瀏覽器可以直接從快取中獲取這個資源。否則，進入下一步。
- 如果前兩步都沒有命中，則直接從伺服器載入資源。
強快取和協商快取的共同點在於，如果命中，都是從客戶端快取中載入資源，而不是從伺服器載入資源。而不同點在於，強快取不傳送請求到伺服器，而協商快取會發送請求到伺服器以驗證資源是否過期。普通重新整理會啟用協商快取，忽略強快取。只有在位址列或收藏夾輸入網址、通過連結引用資源等情況下，瀏覽器才會啟用強快取。
快取過期策略
當快取過期之後，瀏覽器會向伺服器發起 HTTP 請求，以確定資源是否發生了變化。如果資源未改變，那麼瀏覽器會繼續使用本地的快取資源；如果該資源已經發生變化了，那麼瀏覽器會刪除舊的快取資源，並將新的資源快取到本地。
過期時間
Http Response Header 裡面的 Cache-Control: max-age=xxx 和 Expires 都可以設定快取的過期時間，但是它們有一些區別：
Expires ：標識該資源過期的時間點，它是一個絕對值，即在這個時間點之後，快取的資源過期。
max-age ：標識該資源能夠被快取的最大的時間。它是一個相對值，相對於第一次請求該文件時伺服器記錄的「請求發起時間」。
雖然 Cache-Control 是 HTTP 1.1 提出來的新特性，但並不是說 max-age 優於 Expires。它們都有各自的使用場景，我們應該根據業務需求去決定使用哪一個。比如當某個資源需要在特定的時間點過期時應該使用 Expires 。如果只是為了開啟快取，使用 max-age 可能會更好些，因為 Cache-Control 的優先順序高於 Expires。
針對應用中幾乎不會改變的檔案，通常可以設定一個較長的過期時間，以保證快取的有效。例如圖片、CSS、JS 等靜態資源。
快取驗證
上一小節已經提到，當瀏覽器請求一個資源時，如果發現快取中有該資源，但是已經過期了，那麼瀏覽器就會向伺服器發起 HTTP 請求，以驗證快取的資源是否發生變化。
快取驗證時機
什麼時候會進行快取驗證？
- 重新整理頁面。一般來說，為了確保使用者獲取到最新的資料，在重新整理頁面時大部分瀏覽器都不會再使用快取中的資料，而是發起一個請求去伺服器驗證。
- Response Header 中設定了 Cache-control: must-revalidate。當快取的資源過期之後，必須到 源伺服器 去驗證，只有確認該資源沒有過期，才能繼續使用快取。
快取驗證器
伺服器是怎麼判斷資源改變與否的呢？服務端在返回響應內容的同時，還會在 Response Header 中設定一些驗證標識，當快取的資源過期之後，瀏覽器就會攜帶驗證標識向伺服器發起請求，伺服器通過對比這些標識，就能知道快取的資源是否發生了改變。
Header 中的驗證標識欄位主要有兩組： Etag 和 If-None-Match 、 Last-Modified 和 If-Modified-Since 。其中，形如 If-xxx 這樣的請求首部欄位，可以稱之為條件請求。比如只在滿足某個條件的情況下返回或上傳檔案，這樣可以節省頻寬。
Last-Modified
Last-Modified 就是一個驗證器。伺服器在將資源返回給客戶端的同時，會將資源的最後修改時間 Last-Modified 加在 Response Header 中一起返回。瀏覽器會為資源標記上該資訊，當快取過期之後，瀏覽器會把該資訊設定到 Request Header 中的 If-Modified-Since 中向伺服器發起請求。
如果 If-Modified-Since 中的值和伺服器上該資源最終的修改時間一致，就說明該資源沒有被修改過，伺服器會直接返回 304 狀態碼，無響應實體，這樣就可以節省傳輸的資料量。如果不一致，伺服器會返回 200 狀態碼，同時和第一次 HTTP 請求一樣，返回響應實體和驗證器。
Last-Modified:Fri, 04 Jan 2019 14:00:21 GMT
Etag
伺服器會通過某種演算法，為資源計算出一個唯一識別符號，在把響應返回給客戶端的時候，會在 Response Header 中加上 Etag: 唯一識別符號 一起返回給客戶端。
Etag:"952d03d8561454120b550f0a5679a172c4822ce8"
客戶端會將 Etag 儲存下來，後續請求時會將 Etag 作為 Request Header 中 If-None-Match 的值發給伺服器。通過比對客戶端發過來的 Etag 和伺服器上儲存的 Etag 是否一致，就能夠知道資源是否發生了變化。如果資源沒有發生變化，返回 304，客戶端繼續使用快取。如果資源已經修改，則返回 200。
制定快取策略
快取真的可以說讓我們又愛又恨。在開發時，我們經常遇到這樣的問題：明明已經修改了這個檔案，為什麼沒有生效？好吧，檔案被快取了。。。但是在上線時，我們又希望檔案儘可能地被瀏覽器快取，來提高效能。因此為自己的應用制定合適的快取策略非常重要。
為靜態資源設定較長快取時間。
有些資源很長時間都不會改變，比如一些三方庫，圖片，字型檔案等。可以為它們設定一個很長的過期時間，例如設定「一年」。
通過給檔名的唯一標識來確保檔案修改生效。
有些時候為了解決 bug，我們可能會修改一些檔案，比如應用的 CSS、JS 等。如果這些檔案已經被快取，那麼除非使用者 強制重新整理 頁面，否則使用者只有在快取過期之後才有可能獲取新的檔案。如何讓瀏覽器不使用快取，而是重新下載新的檔案呢？有一個辦法就是給檔名加上 唯一標識 ，比如 Hash 或版本資訊。當檔案修改之後，這個唯一標識也會隨之改變。瀏覽器發現檔案改變之後，就不會使用快取了。
明確是否有資源不能被快取。
比如一些敏感資料，如果不應該被瀏覽器快取，需要在 Response Header 中設定 Cache-Control: no-store。
除錯
如何知道請求的資源是否被快取了？開啟 Chrome 的開發者工具，我們可以看到 Size 這一欄下面，如果顯示檔案真實的大小，則說明該檔案未被快取。如果顯示 from xxx cache，則說明該請求使用的是已被快取的檔案。如下：
除錯時，如果想禁用瀏覽器快取，可以在開發者工具上勾選 Disabel cache。
最後
最後，大家可以通過下面這張圖再回顧一下我們剛剛講過的內容。
