者：kevinylzhao，騰訊音樂前端開發(fā)工程師

瀏覽器緩存策略對于前端開發(fā)同學(xué)來說不陌生，大家都有一定的了解，但如果沒有系統(tǒng)的歸納總結(jié)，可能三言兩語很難說明白，甚至說錯，尤其在面試過程中感觸頗深，很多候選人對這類基礎(chǔ)知識竟然都是一知半解，說出幾個概念就沒了，所以重新歸納總結(jié)下，溫故而知新。

Web 緩存介紹

• Web 緩存是指一個 Web 資源（如 html 頁面，圖片，js，數(shù)據(jù)等）存在于 Web 服務(wù)器和客戶端（瀏覽器）之間的副本。
• 緩存會根據(jù)進來的請求保存輸出內(nèi)容的副本；當(dāng)下一個請求來到的時候，如果是相同的 URL，緩存會根據(jù)緩存機制決定是直接使用副本響應(yīng)訪問請求，還是向源服務(wù)器再次發(fā)送請求。

Web 緩存的好處

• 減少網(wǎng)絡(luò)延遲，加快頁面打開速度
• 減少網(wǎng)絡(luò)帶寬消耗
• 降低服務(wù)器壓力
• ...

HTTP 的緩存機制

簡化的流程如下

根據(jù)什么規(guī)則緩存

1. 新鮮度（過期機制）：也就是緩存副本有效期。一個緩存副本必須滿足以下條件，瀏覽器會認為它是有效的，足夠新的：

• 含有完整的過期時間控制頭信息（HTTP 協(xié)議報頭），并且仍在有效期內(nèi)；
• 瀏覽器已經(jīng)使用過這個緩存副本，并且在一個會話中已經(jīng)檢查過新鮮度；

2. 校驗值（驗證機制）：服務(wù)器返回資源的時候有時在控制頭信息帶上這個資源的實體標(biāo)簽 Etag（Entity Tag），它可以用來作為瀏覽器再次請求過程的校驗標(biāo)識。如果發(fā)現(xiàn)校驗標(biāo)識不匹配，說明資源已經(jīng)被修改或過期，瀏覽器需求重新獲取資源內(nèi)容。

HTTP 緩存的兩個階段

瀏覽器緩存一般分為兩類：強緩存（也稱本地緩存）和協(xié)商緩存（也稱弱緩存）。

本地緩存階段

瀏覽器發(fā)送請求前，會先去緩存里查看是否命中強緩存，如果命中，則直接從緩存中讀取資源，不會發(fā)送請求到服務(wù)器。否則，進入下一步。

協(xié)商緩存階段

當(dāng)強緩存沒有命中時，瀏覽器一定會向服務(wù)器發(fā)起請求。服務(wù)器會根據(jù) Request Header 中的一些字段來判斷是否命中協(xié)商緩存。如果命中，服務(wù)器會返回 304 響應(yīng)，但是不會攜帶任何響應(yīng)實體，只是告訴瀏覽器可以直接從瀏覽器緩存中獲取這個資源。如果本地緩存和協(xié)商緩存都沒有命中，則從直接從服務(wù)器加載資源。

啟用&關(guān)閉緩存

按照本地緩存階段和協(xié)商緩存階段分類：

1. 使用 HTML Meta 標(biāo)簽 　　 Web 開發(fā)者可以在 HTML 頁面的節(jié)點中加入標(biāo)簽，如下：

上述代碼的作用是告訴瀏覽器當(dāng)前頁面不被緩存，事實上這種禁用緩存的形式用處很有限：

a. 僅有 IE 才能識別這段 meta 標(biāo)簽含義，其它主流瀏覽器僅識別“Cache-Control: no-store”的 meta 標(biāo)簽。

b. 在 IE 中識別到該 meta 標(biāo)簽含義，并不一定會在請求字段加上 Pragma，但的確會讓當(dāng)前頁面每次都發(fā)新請求（僅限頁面，頁面上的資源則不受影響）。

2. 使用緩存有關(guān)的 HTTP 消息報頭 這里需要了解 HTTP 的基礎(chǔ)知識。一個 URI 的完整 HTTP 協(xié)議交互過程是由 HTTP 請求和 HTTP 響應(yīng)組成的。有關(guān) HTTP 詳細內(nèi)容可參考《Hypertext Transfer Protocol — HTTP/1.1》、《HTTP 權(quán)威指南》等。

在 HTTP 請求和響應(yīng)的消息報頭中，常見的與緩存有關(guān)的消息報頭有：

上圖中只是常用的消息報頭，下面來看下不同字段之間的關(guān)系和區(qū)別：

1. Cache-Control 與 Expires
2. Cache-Control：HTTP1.1 提出的特性，為了彌補 Expires 缺陷加入的，提供了更精確細致的緩存功能。詳細了解詳細看幾個常見的指令：_ max-age：功能和 Expires 類似，但是后面跟一個以“秒”為單位的相對時間，來供瀏覽器計算過期時間。_ no-cache：提供了過期驗證機制。(在 Chrome 的 devtools 中勾選 Disable cache 選項，發(fā)送的請求會去掉 If-Modified-Since 這個 Header。同時設(shè)置 Cache-Control:no-cache Pragma:no-cache，每次請求均為 200)

• no-store：表示當(dāng)前請求資源禁用緩存；
• public：表示緩存的版本可以被代理服務(wù)器或者其他中間服務(wù)器識別；
• private：表示只有用戶自己的瀏覽器能夠進行緩存，公共的代理服務(wù)器不允許緩存。
• Expires：HTTP1.0 的特性，標(biāo)識該資源過期的時間點，它是一個絕對值，格林威治時間（Greenwich Mean Time, GMT），即在這個時間點之后，緩存的資源過期；優(yōu)先級：Cache-Control 優(yōu)先級高于 Expires，為了兼容，通常兩個頭部同時設(shè)置；瀏覽器默認行為：其實就算 Response Header 中沒有設(shè)置 Cache-Control 和 Expires，瀏覽器仍然會緩存某些資源，這是瀏覽器的默認行為，是為了提升性能進行的優(yōu)化，每個瀏覽器的行為可能不一致，有些瀏覽器甚至沒有這樣的優(yōu)化。

1. Last-Modified 與 ETag
2. Last-Modified(Response Header)與 If-Modified-Since(Request Header)是一對報文頭，屬于 http 1.0。If-Modified-Since 是一個請求首部字段，并且只能用在 GET 或者 HEAD 請求中。Last-Modified 是一個響應(yīng)首部字段，包含服務(wù)器認定的資源作出修改的日期及時間。當(dāng)帶著 If-Modified-Since 頭訪問服務(wù)器請求資源時，服務(wù)器會檢查 Last-Modified，如果 Last-Modified 的時間早于或等于 If-Modified-Since 則會返回一個不帶主體的 304 響應(yīng)，否則將重新返回資源。(注意：在 Chrome 的 devtools 中勾選 Disable cache 選項后，發(fā)送的請求會去掉 If-Modified-Since 這個 Header。)

• ETag 與 If-None-Match 是一對報文頭，屬于 http 1.1。ETag 是一個響應(yīng)首部字段，它是根據(jù)實體內(nèi)容生成的一段 hash 字符串，標(biāo)識資源的狀態(tài)，由服務(wù)端產(chǎn)生。If-None-Match 是一個條件式的請求首部。如果請求資源時在請求首部加上這個字段，值為之前服務(wù)器端返回的資源上的 ETag，則當(dāng)且僅當(dāng)服務(wù)器上沒有任何資源的 ETag 屬性值與這個首部中列出的時候，服務(wù)器才會返回帶有所請求資源實體的 200 響應(yīng)，否則服務(wù)器會返回不帶實體的 304 響應(yīng)。
• ETag 能解決什么問題？

a. Last-Modified 標(biāo)注的最后修改只能精確到秒級，如果某些文件在 1 秒鐘以內(nèi)，被修改多次的話，它將不能準確標(biāo)注文件的新鮮度；

b. 某些文件也許會周期性的更改，但是它的內(nèi)容并不改變(僅僅改變的修改時間)，但 Last-Modified 卻改變了，導(dǎo)致文件沒法使用緩存；

c. 有可能存在服務(wù)器沒有準確獲取文件修改時間，或者與代理服務(wù)器時間不一致等情形。

• 優(yōu)先級：ETag 優(yōu)先級比 Last-Modified 高，同時存在時會以 ETag 為準。

緩存位置

瀏覽器可以在內(nèi)存、硬盤中開辟一個空間用于保存請求資源副本。我們經(jīng)常調(diào)試時在 DevTools Network 里看到 Memory Cache（內(nèi)存緩存）和 Disk Cache（硬盤緩存），指的就是緩存所在的位置。請求一個資源時，會按照優(yōu)先級（Service Worker -> Memory Cache -> Disk Cache -> Push Cache）依次查找緩存，如果命中則使用緩存，否則發(fā)起請求。這里先介紹 Memory Cache 和 Disk Cache。

200 from memory cache

表示不訪問服務(wù)器，直接從內(nèi)存中讀取緩存。因為緩存的資源保存在內(nèi)存中，所以讀取速度較快，但是關(guān)閉進程后，緩存資源也會隨之銷毀，一般來說，系統(tǒng)不會給內(nèi)存分配較大的容量，因此內(nèi)存緩存一般用于存儲較小文件。同時內(nèi)存緩存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

表示不訪問服務(wù)器，直接從硬盤中讀取緩存。與內(nèi)存相比，硬盤的讀取速度相對較慢，但硬盤緩存持續(xù)的時間更長，關(guān)閉進程之后，緩存的資源仍然存在。由于硬盤的容量較大，因此一般用于存儲大文件。

下圖可清晰看出差別：

200 from prefetch cache

在 preload 或 prefetch 的資源加載時，兩者也是均存儲在 http cache，當(dāng)資源加載完成后，如果資源是可以被緩存的，那么其被存儲在 http cache 中等待后續(xù)使用；如果資源不可被緩存，那么其在被使用前均存儲在 memory cache。

CDN Cache

以騰訊 CDN 為例：X-Cache-Lookup:Hit From MemCache 表示命中 CDN 節(jié)點的內(nèi)存；X-Cache-Lookup:Hit From Disktank 表示命中 CDN 節(jié)點的磁盤；X-Cache-Lookup:Hit From Upstream 表示沒有命中 CDN。

整體流程

從上圖能感受到整個流程，比如常見兩種刷新場景：

• 當(dāng) F5 刷新網(wǎng)頁時，跳過強緩存，但是會檢查協(xié)商緩存；
• 當(dāng) Ctrl + F5 強制刷新頁面時，直接從服務(wù)器加載，跳過強緩存和協(xié)商緩存

其他 Web 緩存策略

IndexDB

IndexedDB 就是瀏覽器提供的本地數(shù)據(jù)庫，能夠在客戶端存儲可觀數(shù)量的結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)，并且在這些數(shù)據(jù)上使用索引進行高性能檢索的 API。

異步 API 方法調(diào)用完后會立即返回，而不會阻塞調(diào)用線程。要異步訪問數(shù)據(jù)庫，要調(diào)用 window 對象 indexedDB 屬性的 open() 方法。該方法返回一個 IDBRequest 對象 (IDBOpenDBRequest)；異步操作通過在 IDBRequest 對象上觸發(fā)事件來和調(diào)用程序進行通信。

常用異步 API 如下：

在 16 年曾基于 IndexDB 做過一整套緩存策略，有不錯的優(yōu)化效果：

Service Worker

SW 從 2014 年提出的草案到現(xiàn)在已經(jīng)發(fā)展很成熟了，基于 SW 做離線緩存，讓用戶能夠進行離線體驗，消息推送體驗，離線緩存能力涉及到 Cache 和 CacheStorage 的概念，篇幅有限，不展開了。

LocalStorage

localStorage 屬性允許你訪問一個 Document 源(origin)的對象 Storage 用于存儲當(dāng)前源的數(shù)據(jù)，除非用戶人為清除(調(diào)用 localStorage api 或者清除瀏覽器數(shù)據(jù))， 否則存儲在 localStorage 的數(shù)據(jù)將被長期保留。

SessionStorage

sessionStorage 屬性允許你訪問一個 session Storage 對象，用于存儲當(dāng)前會話的數(shù)據(jù)，存儲在 sessionStorage 里面的數(shù)據(jù)在頁面會話結(jié)束時會被清除。頁面會話在瀏覽器打開期間一直保持，并且重新加載或恢復(fù)頁面仍會保持原來的頁面會話。

定義最優(yōu)緩存策略

• 使用一致的網(wǎng)址：如果您在不同的網(wǎng)址上提供相同的內(nèi)容，將會多次獲取和存儲該內(nèi)容。注意：URL 區(qū)分大小寫！
• 確定中繼緩存可以緩存哪些資源：對所有用戶的響應(yīng)完全相同的資源很適合由 CDN 或其他中繼緩存進行緩存；
• 確定每個資源的最優(yōu)緩存周期：不同的資源可能有不同的更新要求。審查并確定每個資源適合的 max-age；
• 確定網(wǎng)站的最佳緩存層級：對 HTML 文檔組合使用包含內(nèi)容特征碼的資源網(wǎng)址以及短時間或 no-cache 的生命周期，可以控制客戶端獲取更新的速度；
• 更新最小化：有些資源的更新比其他資源頻繁。如果資源的特定部分（例如 JS 函數(shù)或一組 CSS 樣式）會經(jīng)常更新，應(yīng)考慮將其代碼作為單獨的文件提供。這樣，每次獲取更新時，剩余內(nèi)容（例如不會頻繁更新的庫代碼）可以從緩存中獲取，確保下載的內(nèi)容量最少；
• 確保服務(wù)器配置或移除 ETag：因為 Etag 跟服務(wù)器配置有關(guān)，每臺服務(wù)器的 Etag 都是不同的；
• 善用 HTML5 的緩存機制：合理設(shè)計啟用 LocalStorage、SessionStorage、IndexDB、SW 等存儲，會給頁面性能帶來明顯提升；
• 結(jié)合 Native 的強大存儲能力：善于利用客戶端能力，定制合適的緩存機制，打造極致體驗。

結(jié)語

通過了解瀏覽器各種緩存機制和存儲能力特點，結(jié)合業(yè)務(wù)制定合適的緩存策略，善用緩存是基本功，可以用于時常審查負責(zé)的業(yè)務(wù)，可能就會發(fā)現(xiàn)個別業(yè)務(wù)并沒有運用到位，共勉。

決這個問題, 有兩個可用的方法, 使用HTML meta標(biāo)簽和使用HTTP頭。

1．使用HTML meta標(biāo)簽

阻止緩存頁面最常用的方法是使用HTML meta標(biāo)簽：

<meta http-equiv="expires" content="Wed,15 Jul 2023 07:30:28 GMT"/>
<meta http-equiv="pragma" content="no-cache"/>

已經(jīng)傳遞到Expires meta標(biāo)簽的插入日期告訴瀏覽器，緩存的頁面拷貝總是過期的。遇到此標(biāo)簽后, 瀏覽器通常不會緩存頁面。雖然Pragma: no-cache meta標(biāo)簽并不是保證，但它卻是大多數(shù)網(wǎng)絡(luò)瀏覽器遵從的受到良好支持的約定。

2．使用HTTP頭

阻止緩存頁面更好的辦法是, 應(yīng)用header()函數(shù), 使用HTTP本身協(xié)議生成與上面等價的兩個HTML meta標(biāo)簽：

<?php
    header('Expires:Wed,15 Jul 2023 07:30:28 GMT');
    header('Pragma:no-cache');
?>

可更進一步, 可使用HTTP1.1的瀏覽器所支持的Cache-Control頭：

一步、按下Win+X組合鍵，喚出隱藏菜單，點擊里面的“設(shè)備管理器”。

• 軟件版本：
• 軟件大小：
• 軟件授權(quán)：
• 適用平臺：
• http://dl.pconline.com.cn/download/363847.html

第二步、在Win10設(shè)備管理器窗口，點開磁盤驅(qū)動器項目，然后對著電腦硬盤單擊鼠標(biāo)右鍵，點擊選擇菜單中的“屬性”。

第三步、在硬盤屬性對話框，點擊選擇“策略”選項卡，將“啟用此設(shè)備上的寫入緩存”更具個人需要設(shè)置成勾選，或取消勾選后，點擊底部“確定”即可。

溫馨提示：勾選“啟用此設(shè)備上的寫入緩存”是啟用該功能，取消勾選是關(guān)閉。