前端开发的你应该知道的缓存知识

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在前端性能优化的方式中,最重要的当然是缓存了,使用好了缓存,对项目有很大的帮助。比如我们访问网页时,使用网页后退功能,会发现加载的非常快,体验感很好,这就是缓存的力量。

什么是缓存呢?

当我们第一次访问网站的时候,比如 juejin.cn,电脑会把网站上的图片和数据下载到电脑上,当我们再次访问该网站的时候,网站就会从电脑中直接加载出来,这就是缓存。

缓存有哪些好处?

1. 缓解服务器压力,不用每次都去请求某些数据了。

2.提升性能,打开本地资源肯定会比请求服务器来的快。

3.减少带宽消耗,当我们使用缓存时,只会产生很小的网络消耗,至于为什么打开本地资源也会产生网络消耗,下面会有说明。

Web缓存种类: 数据库缓存,CDN缓存,代理服务器缓存,浏览器缓存。

前端开发的你应该知道的缓存知识

所谓浏览器缓存其实就是指在本地使用的计算机中开辟一个内存区,同时也开辟一个硬盘区作为数据传输的缓冲区,然后用这个缓冲区来暂时保存用户以前访问过的信息。

浏览器缓存过程: 强缓存,协商缓存。

浏览器缓存位置一般分为四类: Service Worker-->Memory Cache-->Disk Cache-->Push Cache。

1. 强缓存

强缓存是当我们访问URL的时候,不会向服务器发送请求,直接从缓存中读取资源,但是会返回200的状态码。

如何设置强缓存?

我们第一次进入页面,请求服务器,然后服务器进行应答,浏览器会根据response Header来判断是否对资源进行缓存,如果响应头中expires、pragma或者cache-control字段,代表这是强缓存,浏览器就会把资源缓存在memory cache 或 disk cache中。

第二次请求时,浏览器判断请求参数,如果符合强缓存条件就直接返回状态码200,从本地缓存中拿数据。否则把响应参数存在request header请求头中,看是否符合协商缓存,符合则返回状态码304,不符合则服务器会返回全新资源。

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expires:

是HTTP1.0控制网页缓存的字段,值为一个时间戳,准确来讲是格林尼治时间,服务器返回该请求结果缓存的到期时间,意思是,再次发送请求时,如果未超过过期时间,直接使用该缓存,如果过期了则重新请求。

有个缺点,就是它判断是否过期是用本地时间来判断的,本地时间是可以自己修改的。

Cache-Control:

是HTTP1.1中控制网页缓存的字段,当Cache-Control都存在时,Cache-Control优先级更高,主要取值为:

public:资源客户端和服务器都可以缓存。

privite:资源只有客户端可以缓存。

no-cache:客户端缓存资源,但是是否缓存需要经过协商缓存来验证。

no-store:不使用缓存。

max-age:缓存保质期。

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Cache-Control使用了max-age相对时间,解决了expires的问题。

pragma:

这个是HTTP1.0中禁用网页缓存的字段,其取值为no-cache,和Cache-Control的no-cache效果一样。

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2. 缓存位置

上面我们说,强缓存我们会把资源房放到memory cache 和 disk cache中,那什么资源放在memory cache,什么资源放在disk cache中?

前端开发的你应该知道的缓存知识

存存储图像和网页等资源主要缓存在disk cache,操作系统缓存文件等资源大部分都会缓存在memory cache中。具体操作浏览器自动分配,看谁的资源利用率不高就分给谁。

可以看到memory cache请求时间都是0ms,这个是不是太神奇了,这方面我来梳理下。

查找浏览器缓存时会按顺序查找: Service Worker-->Memory Cache-->Disk Cache-->Push Cache。

1. Service Worker

是运行在浏览器背后的独立线程,一般可以用来实现缓存功能。使用 Service Worker的话,传输协议必须为 HTTPS。因为 Service Worker 中涉及到请求拦截,所以必须使用 HTTPS 协议来保障安全。Service Worker 的缓存与浏览器其他内建的缓存机制不同,它可以让我们自由控制缓存哪些文件、如何匹配缓存、如何读取缓存,并且缓存是持续性的。

2. Memory Cache

内存中的缓存,主要包含的是当前中页面中已经抓取到的资源,例如页面上已经下载的样式、脚本、图片等。读取内存中的数据肯定比磁盘快,内存缓存虽然读取高效,可是缓存持续性很短,会随着进程的释放而释放。一旦我们关闭 Tab 页面,内存中的缓存也就被释放了。

3. Disk Cache

存储在硬盘中的缓存,读取速度慢点,但是什么都能存储到磁盘中,比之 Memory Cache 胜在容量和存储时效性上。

在所有浏览器缓存中,Disk Cache 覆盖面基本是最大的。它会根据 HTTP Herder 中的字段判断哪些资源需要缓存,哪些资源可以不请求直接使用,哪些资源已经过期需要重新请求。并且即使在跨站点的情况下,相同地址的资源一旦被硬盘缓存下来,就不会再次去请求数据。绝大部分的缓存都来自 Disk Cache。

memory cache 要比 disk cache 快的多。举个例子:从远程 web 服务器直接提取访问文件可能需要500毫秒(半秒),那么磁盘访问可能需要10-20毫秒,而内存访问只需要100纳秒,更高级的还有 L1缓存访问(最快和最小的 CPU 缓存)只需要0.5纳秒。

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很神奇的,我们又看到了一个prefetch cache,这个又是什么呢?

prefetch cache(预取缓存)

link标签上带了prefetch,再次加载会出现。

prefetch是预加载的一种方式,被标记为prefetch的资源,将会被浏览器在空闲时间加载。

4. Push Cache

Push Cache(推送缓存)是 HTTP/2 中的内容,当以上三种缓存都没有命中时,它才会被使用。它只在会话(Session)中存在,一旦会话结束就被释放,并且缓存时间也很短暂,在Chrome浏览器中只有5分钟左右,同时它也并非严格执行HTTP头中的缓存指令。

5. CPU、内存、硬盘

这里提到了硬盘,内存,可能有些小伙伴对硬盘,内存没什么直观的概念。

CPU、内存、硬盘都是计算机的主要组成部分。

CPU:中央处理单元(CntralPocessingUit)的缩写,也叫处理器,是计算机的运算核心和控制核心。电脑靠CPU来运算、控制。让电脑的各个部件顺利工作,起到协调和控制作用。

硬盘:存储资料和软件等数据的设备,有容量大,断电数据不丢失的特点。

内存:负责硬盘等硬件上的数据与CPU之间数据交换处理。特点是体积小,速度快,有电可存,无电清空,即电脑在开机状态时内存中可存储数据,关机后将自动清空其中的所有数据。

3. 协商缓存

协商缓存就是强缓存失效后,浏览器携带缓存标识向服务器发送请求,由服务器根据缓存标识来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

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协商缓存失效,返回200和请求结果

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如何设置协商缓存?

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。

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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。

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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)。

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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。

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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。

4. 缓存方案

目前的项目大多使用这种缓存方案的:

  • HTML: 协商缓存;

  • css、js、图片:强缓存,文件名带上hash。

5. 强缓存与协商缓存的区别

1. 强缓存不发请求到服务器,所以有时候资源更新了浏览器还不知道,但是协商缓存会发请求到服务器,所以资源是否更新,服务器肯定知道。

2. 大部分web服务器都默认开启协商缓存。

6. 刷新对于强缓存和协商缓存的影响

1. 当ctrl+f5强制刷新网页时,直接从服务器加载,跳过强缓存和协商缓存。

2. 当f5刷新网页时,跳过强缓存,但是会检查协商缓存。

3. 浏览器地址栏中写入URL,回车 浏览器发现缓存中有这个文件了,不用继续请求了,直接去缓存拿。(最快)

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