Open Lenny-Hu opened 5 years ago
原文 https://heyingye.github.io/2018/04/16/彻底理解浏览器的缓存机制/?from=singlemessage&nsukey=CnfWoHXBSwMuR8DR4%2Ba6t4C3%2B0o0PlViQFv0VBx%2B9LnrNu7Iu7a3YsRR%2FlN169co4zv9b%2BFw4ucpboGgAYxMU4wfoV864ymXjZ%2Bv0wIwgnDOO%2FMAMPpichLA%2FCOf6XYR5j0FRIGSuQGJJbsl5rFbP%2FQiXTNi%2F7RdufNDOB%2BdhcDVe745NDVjYpBL%2FKH6Kq9AEtVuTuzrn4RkCXoulFOIbQ%3D%3D
浏览器的缓存机制也就是我们说的HTTP缓存机制，其机制是根据HTTP报文的缓存标识进行的，所以在分析浏览器缓存机制之前，我们先使用图文简单介绍一下HTTP报文，HTTP报文分为两种：
注：通用信息头指的是请求和响应报文都支持的头域，分别为Cache-Control、Connection、Date、Pragma、Transfer-Encoding、Upgrade、Via；实体头则是实体信息的实体头域，分别为Allow、Content-Base、Content-Encoding、Content-Language、Content-Length、Content-Location、Content-MD5、Content-Range、Content-Type、Etag、Expires、Last-Modified、extension-header。这里只是为了方便理解，将通用信息头，响应头/请求头，实体头都归为了HTTP头。
通用信息头
实体头
以上的概念在这里我们不做多讲解，只简单介绍，有兴趣的童鞋可以自行研究。
浏览器与服务器通信的方式为应答模式，即是：浏览器发起HTTP请求 – 服务器响应该请求。那么浏览器第一次向服务器发起该请求后拿到请求结果，会根据响应报文中HTTP头的缓存标识，决定是否缓存结果，是则将请求结果和缓存标识存入浏览器缓存中，简单的过程如下图：
浏览器发起HTTP请求 – 服务器响应该请求
由上图我们可以知道：
以上两点结论就是浏览器缓存机制的关键，他确保了每个请求的缓存存入与读取，只要我们再理解浏览器缓存的使用规则，那么所有的问题就迎刃而解了，本文也将围绕着这点进行详细分析。为了方便大家理解，这里我们根据是否需要向服务器重新发起HTTP请求将缓存过程分为两个部分，分别是强制缓存和协商缓存 。
强制缓存
协商缓存
强制缓存 强制缓存就是向浏览器缓存查找该请求结果，并根据该结果的缓存规则来决定是否使用该缓存结果的过程，强制缓存的情况主要有三种(暂不分析协商缓存过程)，如下：
强制缓存就是向浏览器缓存查找该请求结果，并根据该结果的缓存规则来决定是否使用该缓存结果的过程
那么强制缓存的缓存规则是什么？
当浏览器向服务器发起请求时，服务器会将缓存规则放入HTTP响应报文的HTTP头中和请求结果一起返回给浏览器，控制强制缓存的字段分别是Expires和Cache-Control，其中Cache-Control优先级比Expires高。
Expires
Cache-Control
Expires Expires是HTTP/1.0控制网页缓存的字段，其值为服务器返回该请求结果缓存的到期时间，即再次发起该请求时，如果客户端的时间小于Expires的值时，直接使用缓存结果。
Expires是HTTP/1.0的字段，但是现在浏览器默认使用的是HTTP/1.1，那么在HTTP/1.1中网页缓存还是否由Expires控制？
到了HTTP/1.1，Expire已经被Cache-Control替代，原因在于Expires控制缓存的原理是使用客户端的时间与服务端返回的时间做对比，那么如果客户端与服务端的时间因为某些原因（例如时区不同；客户端和服务端有一方的时间不准确）发生误差，那么强制缓存则会直接失效，这样的话强制缓存的存在则毫无意义，那么Cache-Control又是如何控制的呢？
Cache-Control 在HTTP/1.1中，Cache-Control是最重要的规则，主要用于控制网页缓存，主要取值为：
public：所有内容都将被缓存（客户端和代理服务器都可缓存）
public
private：所有内容只有客户端可以缓存，Cache-Control的默认取值
private
Cache-Control的默认取值
no-cache：客户端缓存内容，但是是否使用缓存则需要经过协商缓存来验证决定
no-cache
no-store：所有内容都不会被缓存，即不使用强制缓存，也不使用协商缓存
no-store
max-age=xxx (xxx is numeric)：缓存内容将在xxx秒后失效
max-age=xxx (xxx is numeric)
接下来，我们直接看一个例子，如下：
由上面的例子我们可以知道：
HTTP响应报文中expires的时间值，是一个绝对值
HTTP响应报文中Cache-Control为max-age=600，是相对值
由于Cache-Control的优先级比expires，那么直接根据Cache-Control的值进行缓存，意思就是说在600秒内再次发起该请求，则会直接使用缓存结果，强制缓存生效。
注：在无法确定客户端的时间是否与服务端的时间同步的情况下，Cache-Control相比于expires是更好的选择，所以同时存在时，只有Cache-Control生效。
了解强制缓存的过程后，我们拓展性的思考一下：
浏览器的缓存存放在哪里，如何在浏览器中判断强制缓存是否生效？
这里我们以博客的请求为例，状态码为灰色的请求则代表使用了强制缓存，请求对应的Size值则代表该缓存存放的位置，分别为from memory cache和 from disk cache。
from memory cache
from disk cache
那么from memory cache 和 from disk cache又分别代表的是什么呢？什么时候会使用from disk cache，什么时候会使用from memory cache呢？
from memory cache代表使用内存中的缓存，from disk cache则代表使用的是硬盘中的缓存，浏览器读取缓存的顺序为memory –> disk。
虽然我已经直接把结论说出来了，但是相信有不少人对此不能理解，那么接下来我们一起详细分析一下缓存读取问题，这里仍让以我的博客为例进行分析：
访问https://heyingye.github.io/ –> 200 –> 关闭博客的标签页 –> 重新打开https://heyingye.github.io/ –> 200(from disk cache) –> 刷新 –> 200(from memory cache)
过程如下：
访问https://heyingye.github.io/
关闭博客的标签页
重新打开https://heyingye.github.io/
刷新
看到这里可能有人小伙伴问了，最后一个步骤刷新的时候，不是同时存在着from disk cache和from memory cache吗？
对于这个问题，我们需要了解内存缓存(from memory cache)和硬盘缓存(from disk cache)，如下:
内存缓存(from memory cache)：内存缓存具有两个特点，分别是快速读取和时效性：
内存缓存(from memory cache)
快速读取
时效性
快速读取：内存缓存会将编译解析后的文件，直接存入该进程的内存中，占据该进程一定的内存资源，以方便下次运行使用时的快速读取。
时效性：一旦该进程关闭，则该进程的内存则会清空。
硬盘缓存(from disk cache)：硬盘缓存则是直接将缓存写入硬盘文件中，读取缓存需要对该缓存存放的硬盘文件进行I/O操作，然后重新解析该缓存内容，读取复杂，速度比内存缓存慢。
硬盘缓存(from disk cache)
在浏览器中，浏览器会在js和图片等文件解析执行后直接存入内存缓存中，那么当刷新页面时只需直接从内存缓存中读取(from memory cache)；而css文件则会存入硬盘文件中，所以每次渲染页面都需要从硬盘读取缓存(from disk cache)。
协商缓存 协商缓存就是强制缓存失效后，浏览器携带缓存标识向服务器发起请求，由服务器根据缓存标识决定是否使用缓存的过程，主要有以下两种情况：
协商缓存生效，返回304，如下
协商缓存失效，返回200和请求结果结果，如下
同样，协商缓存的标识也是在响应报文的HTTP头中和请求结果一起返回给浏览器的，控制协商缓存的字段分别有：Last-Modified / If-Modified-Since和Etag / If-None-Match，其中Etag / If-None-Match的优先级比Last-Modified / If-Modified-Since高。
Last-Modified / If-Modified-Since和Etag / If-None-Match
Last-Modified / If-Modified-Since
Last-Modified是服务器响应请求时，返回该资源文件在服务器最后被修改的时间，如下。
If-Modified-Since则是客户端再次发起该请求时，携带上次请求返回的Last-Modified值，通过此字段值告诉服务器该资源上次请求返回的最后被修改时间。服务器收到该请求，发现请求头含有If-Modified-Since字段，则会根据If-Modified-Since的字段值与该资源在服务器的最后被修改时间做对比，若服务器的资源最后被修改时间大于If-Modified-Since的字段值，则重新返回资源，状态码为200；否则则返回304，代表资源无更新，可继续使用缓存文件，如下。
Etag / If-None-Match
Etag是服务器响应请求时，返回当前资源文件的一个唯一标识(由服务器生成)，如下。
If-None-Match是客户端再次发起该请求时，携带上次请求返回的唯一标识Etag值，通过此字段值告诉服务器该资源上次请求返回的唯一标识值。服务器收到该请求后，发现该请求头中含有If-None-Match，则会根据If-None-Match的字段值与该资源在服务器的Etag值做对比，一致则返回304，代表资源无更新，继续使用缓存文件；不一致则重新返回资源文件，状态码为200，如下。
注：Etag / If-None-Match优先级高于Last-Modified / If-Modified-Since，同时存在则只有Etag / If-None-Match生效。
强制缓存优先于协商缓存进行，若强制缓存(Expires和Cache-Control)生效则直接使用缓存，若不生效则进行协商缓存(Last-Modified / If-Modified-Since和Etag / If-None-Match)，协商缓存由服务器决定是否使用缓存，若协商缓存失效，那么代表该请求的缓存失效，重新获取请求结果，再存入浏览器缓存中；生效则返回304，继续使用缓存，主要过程如下：
以上便是浏览器缓存的过程，若有错误之处，敬请指正。
概述
浏览器的缓存机制也就是我们说的HTTP缓存机制，其机制是根据HTTP报文的缓存标识进行的，所以在分析浏览器缓存机制之前，我们先使用图文简单介绍一下HTTP报文，HTTP报文分为两种：
注：
通用信息头指的是请求和响应报文都支持的头域，分别为Cache-Control、Connection、Date、Pragma、Transfer-Encoding、Upgrade、Via；实体头则是实体信息的实体头域，分别为Allow、Content-Base、Content-Encoding、Content-Language、Content-Length、Content-Location、Content-MD5、Content-Range、Content-Type、Etag、Expires、Last-Modified、extension-header。这里只是为了方便理解，将通用信息头，响应头/请求头，实体头都归为了HTTP头。以上的概念在这里我们不做多讲解，只简单介绍，有兴趣的童鞋可以自行研究。
缓存过程分析
浏览器与服务器通信的方式为应答模式，即是：
浏览器发起HTTP请求 – 服务器响应该请求。那么浏览器第一次向服务器发起该请求后拿到请求结果，会根据响应报文中HTTP头的缓存标识，决定是否缓存结果，是则将请求结果和缓存标识存入浏览器缓存中，简单的过程如下图：由上图我们可以知道：
以上两点结论就是浏览器缓存机制的关键，他确保了每个请求的缓存存入与读取，只要我们再理解浏览器缓存的使用规则，那么所有的问题就迎刃而解了，本文也将围绕着这点进行详细分析。为了方便大家理解，这里我们根据是否需要向服务器重新发起HTTP请求将缓存过程分为两个部分，分别是
强制缓存和协商缓存。强制缓存
强制缓存就是向浏览器缓存查找该请求结果，并根据该结果的缓存规则来决定是否使用该缓存结果的过程，强制缓存的情况主要有三种(暂不分析协商缓存过程)，如下：那么强制缓存的缓存规则是什么？
当浏览器向服务器发起请求时，服务器会将缓存规则放入HTTP响应报文的HTTP头中和请求结果一起返回给浏览器，控制强制缓存的字段分别是
Expires和Cache-Control，其中Cache-Control优先级比Expires高。Expires Expires是HTTP/1.0控制网页缓存的字段，其值为服务器返回该请求结果缓存的到期时间，即再次发起该请求时，如果客户端的时间小于Expires的值时，直接使用缓存结果。
Expires是HTTP/1.0的字段，但是现在浏览器默认使用的是HTTP/1.1，那么在HTTP/1.1中网页缓存还是否由Expires控制？
到了HTTP/1.1，Expire已经被Cache-Control替代，原因在于Expires控制缓存的原理是使用客户端的时间与服务端返回的时间做对比，那么如果客户端与服务端的时间因为某些原因（例如时区不同；客户端和服务端有一方的时间不准确）发生误差，那么强制缓存则会直接失效，这样的话强制缓存的存在则毫无意义，那么Cache-Control又是如何控制的呢？
Cache-Control 在HTTP/1.1中，Cache-Control是最重要的规则，主要用于控制网页缓存，主要取值为：
public：所有内容都将被缓存（客户端和代理服务器都可缓存）private：所有内容只有客户端可以缓存，Cache-Control的默认取值no-cache：客户端缓存内容，但是是否使用缓存则需要经过协商缓存来验证决定no-store：所有内容都不会被缓存，即不使用强制缓存，也不使用协商缓存max-age=xxx (xxx is numeric)：缓存内容将在xxx秒后失效接下来，我们直接看一个例子，如下：
由上面的例子我们可以知道：
HTTP响应报文中expires的时间值，是一个绝对值
HTTP响应报文中Cache-Control为max-age=600，是相对值
由于Cache-Control的优先级比expires，那么直接根据Cache-Control的值进行缓存，意思就是说在600秒内再次发起该请求，则会直接使用缓存结果，强制缓存生效。
注：在无法确定客户端的时间是否与服务端的时间同步的情况下，Cache-Control相比于expires是更好的选择，所以同时存在时，只有Cache-Control生效。
了解强制缓存的过程后，我们拓展性的思考一下：
浏览器的缓存存放在哪里，如何在浏览器中判断强制缓存是否生效？
这里我们以博客的请求为例，状态码为灰色的请求则代表使用了强制缓存，请求对应的Size值则代表该缓存存放的位置，分别为
from memory cache和from disk cache。那么from memory cache 和 from disk cache又分别代表的是什么呢？什么时候会使用from disk cache，什么时候会使用from memory cache呢？
from memory cache代表使用内存中的缓存，from disk cache则代表使用的是硬盘中的缓存，浏览器读取缓存的顺序为memory –> disk。
虽然我已经直接把结论说出来了，但是相信有不少人对此不能理解，那么接下来我们一起详细分析一下缓存读取问题，这里仍让以我的博客为例进行分析：
访问https://heyingye.github.io/ –> 200 –> 关闭博客的标签页 –> 重新打开https://heyingye.github.io/ –> 200(from disk cache) –> 刷新 –> 200(from memory cache)
过程如下：
访问https://heyingye.github.io/
关闭博客的标签页
重新打开https://heyingye.github.io/
刷新
看到这里可能有人小伙伴问了，最后一个步骤刷新的时候，不是同时存在着from disk cache和from memory cache吗？
对于这个问题，我们需要了解内存缓存(from memory cache)和硬盘缓存(from disk cache)，如下:
内存缓存(from memory cache)：内存缓存具有两个特点，分别是快速读取和时效性：快速读取：内存缓存会将编译解析后的文件，直接存入该进程的内存中，占据该进程一定的内存资源，以方便下次运行使用时的快速读取。时效性：一旦该进程关闭，则该进程的内存则会清空。硬盘缓存(from disk cache)：硬盘缓存则是直接将缓存写入硬盘文件中，读取缓存需要对该缓存存放的硬盘文件进行I/O操作，然后重新解析该缓存内容，读取复杂，速度比内存缓存慢。在浏览器中，浏览器会在js和图片等文件解析执行后直接存入内存缓存中，那么当刷新页面时只需直接从内存缓存中读取(from memory cache)；而css文件则会存入硬盘文件中，所以每次渲染页面都需要从硬盘读取缓存(from disk cache)。
协商缓存 协商缓存就是强制缓存失效后，浏览器携带缓存标识向服务器发起请求，由服务器根据缓存标识决定是否使用缓存的过程，主要有以下两种情况：
协商缓存生效，返回304，如下
协商缓存失效，返回200和请求结果结果，如下
同样，协商缓存的标识也是在响应报文的HTTP头中和请求结果一起返回给浏览器的，控制协商缓存的字段分别有：
Last-Modified / If-Modified-Since和Etag / If-None-Match，其中Etag / If-None-Match的优先级比Last-Modified / If-Modified-Since高。Last-Modified / If-Modified-Since
Last-Modified是服务器响应请求时，返回该资源文件在服务器最后被修改的时间，如下。
If-Modified-Since则是客户端再次发起该请求时，携带上次请求返回的Last-Modified值，通过此字段值告诉服务器该资源上次请求返回的最后被修改时间。服务器收到该请求，发现请求头含有If-Modified-Since字段，则会根据If-Modified-Since的字段值与该资源在服务器的最后被修改时间做对比，若服务器的资源最后被修改时间大于If-Modified-Since的字段值，则重新返回资源，状态码为200；否则则返回304，代表资源无更新，可继续使用缓存文件，如下。
Etag / If-None-Match
Etag是服务器响应请求时，返回当前资源文件的一个唯一标识(由服务器生成)，如下。
If-None-Match是客户端再次发起该请求时，携带上次请求返回的唯一标识Etag值，通过此字段值告诉服务器该资源上次请求返回的唯一标识值。服务器收到该请求后，发现该请求头中含有If-None-Match，则会根据If-None-Match的字段值与该资源在服务器的Etag值做对比，一致则返回304，代表资源无更新，继续使用缓存文件；不一致则重新返回资源文件，状态码为200，如下。
注：Etag / If-None-Match优先级高于Last-Modified / If-Modified-Since，同时存在则只有Etag / If-None-Match生效。
总结
强制缓存优先于协商缓存进行，若强制缓存(Expires和Cache-Control)生效则直接使用缓存，若不生效则进行协商缓存(Last-Modified / If-Modified-Since和Etag / If-None-Match)，协商缓存由服务器决定是否使用缓存，若协商缓存失效，那么代表该请求的缓存失效，重新获取请求结果，再存入浏览器缓存中；生效则返回304，继续使用缓存，主要过程如下：
以上便是浏览器缓存的过程，若有错误之处，敬请指正。