​前言

HTTP缓存机制是优化web性能的重要手段，也是优化用户体验的重要一环。了解和熟悉HTTP缓存机制也成为了前端工作者必不可少的技能。

HTTP缓存是用于临时存储网页资源（如HTML页面、图像等），以减少服务器延迟的一种技术。HTTP缓存系统会保存下通过这套系统的文档的副本；如果满足某些条件，则可以由缓存满足后续请求。HTTP缓存系统既可以指设备，也可以指计算机程序。

一、HTTP缓存的类别

HTTP缓存可分为强制缓存和协商缓存。

强制缓存：直接使用客户端缓存，不从服务器拉取新资源，也不验证缓存资源是否过期。返回的状态码为200（OK）。

协商缓存：通过服务器验证资源有效性，资源有效则返回304（Not Modified），资源失效则返回最新的资源文件。

HTTP主流的有三个版本：HTTP/1.0、HTTP/1.1、HTTP/2.0。其中HTTP/1.0和HTTP/1.1的应用最为广泛。HTTP/2.0因对缓存机制的改动有别于HTTP/1.0和HTTP/1.1，因此HTTP/2.0相关内容会在文末总结部分进行介绍。HTTP/1.0与HTTP/1.1可根据缓存类别区分如下：

HTTP版本

强制缓存

协商缓存

HTTP/1.0

Expires

Last-Modified

HTTP/1.1

Cache-Control

ETag

二、主流的HTTP缓存参数

2.1 强制缓存

2.1.1 HTTP/1.0 - Expires

Expires​的值为服务端返回的到期时间，是一个GMT​（格林尼治标准时间）绝对时间，如：Tue, 17 Jan 2023 03:48:45 GMT​。下一次请求时，客户端判断当前系统GMT​时间是否小于缓存携带的GMT时间。若小于，直接使用缓存数据，否则从服务器请求新的文件。

不过Expires存在的问题也显而易见。

首先，使用客户端获取的GMT​时间与服务器GMT时间作比较，如果客户端主动修改了系统时间，就会出现缓存命中的误差。

其次，GMT时间是基于格林尼治天文台测算时间后，每隔一小时想全世界发放调时信息。观测本身存在的误差以及非实时的同步机制，都可能会导致出现缓存命中的误差。

所以在HTTP/1.1版本中，使用Cache-Control​中的max-age替代。

2.1.2 HTTP/1.1 - Cache-Control

Cache-Control 是HTTP/1.1中重要的缓存规则。它可以在HTTP请求头和响应头中使用，提供了多样化的配置参数。同时也可以适用于更广泛的复杂场景。

指令格式具有以下有效规则：

  • 不区分大小写，但建议使用小写。
  • 多个指令以逗号分隔。
  • 具有可选参数，可以用令牌或者带引号的字符串语法。

常用的指令如下：

  • no-store：不使用任何形式的缓存。具有HTTP缓存的最高优先级。

  • no-cache：不使用强制缓存。每次进行响应前都向服务器进行缓存有效性验证。

  • public：公共缓存。任何从源服务器到客户端中的每个节点都可以对资源进行缓存。
  • private：私有缓存。仅客户端可以对资源进行缓存。
  • max-age：客户端缓存存储的最长时间，单位秒。判断的优先级高于Expires​，客户端会判断资源已缓存的时长是否小于设置的max-age​时长。是则直接使用缓存数据，否则会进行Expires的判断流程。

  • s-maxage：代理缓存服务器最长的缓存时间，单位秒。优先级高于max-age和Expires，仅适用于缓存服务器。

2.2 协商缓存

客户端缓存失效后会向服务器进行进行缓存有效性验证，这个缓存有效性验证的过程就是协商缓存​。若资源有效，则返回304（Not Modified）​。客户端拿到304状态码后会再从本地缓存中获取资源。整个请求响应过程是与无缓存流程一样的。相对于无缓存流程的优势在于仅响应状态码后，客户端直接从本地缓存获取文件，而无需进行文件下载。减少了网络响应的文件大小，进而加快了网络响应速度。

协商缓存的请求和响应是需要相互配合的，可组合使用。如下表：

版本/阶段

请求

响应

HTTP/1.0

If-Modified-Since/If-Unmodified-Since

Last-Modified

HTTP/1.1

If-None-Match/If-Match

ETag

协商缓存会先判断请求头中是否携带no-store。如果携带，则直接返回最新的服务器文件。

2.2.1 HTTP/1.0 - Last-Modified

客户端第一次向服务器请求资源时，服务器会返回资源。同时会在响应头中添加Last-Modified​字段来表明资源的最后修改时间。当客户端强制缓存失效后，会重新向服务器进行缓存有效性验证。在验证的请求头中，会添加If-Modified-Since​字段。服务器会对请求头中的If-Modified-Since​和其存储的资源Last-Modified​进行比较。若If-Modified-Since​的时间不小于Last-Modified​，则资源有效，返回304（Not Modified）​。否则返回资源本身，并且重新记录文件的Last-Modified。

Last-Modified​：响应头携带的资源最后修改时间。格式为last-modified:GMT。

如：last-modified: Sat, 14 Jan 2023 08:40:00 GMT

If-Modified-Since​：请求头携带的资源是否在某个时间后有修改。服务器会使用此值和其本身存储的时间进行比较。格式为：If-Modified-Since:GMT​。只可以用在 GET​ 或 HEAD请求中。

If-Unmodified-Since​：请求头携带的资源是否在某个时间后没有修改。格式为：if-unmodified-since:GMT​ 。有别于If-Modified-Since，If-Unmodified-Since​被用于POST​或其他非简单请求。如果在If-Unmodified-Since​指定的时间内有过修改，则返回412(Precondition Failed)。

Last-Modified也是存在严重问题的。

首先，Last-Modified只关注文件的最后修改时间，和文件内容无关。所以文件内容在修改后又重新恢复，也会导致文件的最后修改时间改变。此时客户端的请求则无法使用缓存。

其次，Last-Modified​只能监听到秒级别的文件修改，如果文件在1秒内进行了多次修改，那么响应头返回的Last-Modified​的时间是不变的。此时客户端因接收到响应304，会导致资源无法及时更新，使用缓存的资源文件。

因此HTTP/1.1使用了ETag来进行缓存协商。

2.2.1 HTTP/1.1 - ETag

为了解决上述Last-Modified​可能存在的不准确的问题，HTTP/1.1推出了新的响应字段ETag​来进行协商缓存。ETag​的优先级比Last-Modified高。

服务器接收到浏览器请求后，会先进行If-None-Match与ETag​值的比较。若相等，则资源有效，返回304（Not Modified）​。否则返回资源本身，并且重新记录文件的ETag。

ETag​：响应头携带的资源标识符。格式为ETag:ETag-value可由服务器自行设置算法生成，通常是使用内容的散列或简单的使用版本号。

如：etag: "I82YRPyDtSi45r0Ps/eo8GbnDfg="

If-None-Match​：请求头携带的是否无匹配文件字段。优先级高于Last-Modified​。当服务器没有任何资源的ETag​与请求头携带的ETag值完全一样时，返回最新的资源，否则服务器会返回304。

如: if-none-match："I82YRPyDtSi45r0Ps/eo8GbnDfg="

If-Match​：请求头携带的是否存在匹配文件字段。对于简单请求需要搭配 Range​首部使用。对于非简单请求，如PUT​，可用于上传ETag。

如: if-match："I82YRPyDtSi45r0Ps/eo8GbnDfg="

三、总结

通过前文，我们了解到 HTTP 缓存主要分：强制缓存、协商缓存。强制缓存由Exipres（HTTP/1.0）、 Cache-Control（HTTP/1.1）控制。客户端直接读本地缓存，不会再跟服务器端交互，状态码 200。

协商缓存由 Last-Modified / If-Modified-Since（HTTP/1.0）， Etag /If-None-Match（HTTP/1.1）进行有效性验证，每次请求需要让服务器判断一下资源是否更新过，从而决定客户端是否使用缓存，如果是，则返回 304，否则返回最新文件。

HTTP/2.0中设计了新的缓存方式，服务器推送（Push Server）。有别于强制缓存和协商缓存，属于推送缓存。这种新的缓存方式主要是为了解决客户端缓存时效性的问题，即还没有收到客户端的请求，服务器就把各种资源推送给客户端。比如，客户端只请求了a.html，但是服务器把a.html、a.css、a.png全部发送给客户端。这样的话，只需要一次请求，客户端就更新了所有文件的缓存，提高了缓存的时效性。

参考：

GMT（维基百科）：https://en.wikipedia.org/wiki/Greenwich_Mean_Time

HTTP缓存（MDN）：https://developer.mozilla.org/zh-CN/docs/Web/HTTP/Caching