谈一谈浏览器的缓存机制？

1、HTTP请求(Request)报文，报文格式为：请求行 – HTTP头(通用信息头，请求头，实体头) – 请求报文主体(只有POST才有报文主体)，如下图

HTTP响应(Response)报文，报文格式为：状态行 – HTTP头(通用信息头，响应头，实体头) – 响应报文主体，如下图

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。

二、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

1、浏览器每次发起请求，都会先在浏览器缓存中查找该请求的结果以及缓存标识

2、浏览器每次拿到返回的请求结果都会将该结果和缓存标识存入浏览器缓存中

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 。

2.1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：

（1）不存在该缓存结果和缓存标识，强制缓存失效，则直接向服务器发起请求（跟第一次发起请求一致），如下图：

（2）存在该缓存结果和缓存标识，但是结果已经失效，强制缓存失效，则使用协商缓存（暂不分析），如下图

（3）存在该缓存结果和缓存标识，且该结果没有还没有失效，强制缓存生效，直接返回该结果，如下图：

那么强制缓存的缓存规则是什么？

答：当浏览器向服务器发送请求的时候，服务器会将缓存规则放入HTTP响应的报文的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-Conctrol的优先级比Expires高。

2.1.1Expires

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的结果缓存的到期时间，即再次发送请求时，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，但是现在浏览器的默认使用的是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，Expires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，如果客户端与服务端的时间由于某些原因（时区不同；客户端和服务端有一方的时间不准确）发生误差，那么强制缓存直接失效，那么强制缓存存在的意义就毫无意义。、

那么Cache-Control又是如何进行控制的？

2.1.2Cache-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：

（1）public：所有内容都将被缓存（客户端和代理服务器都可缓存）

（2）private：所有内容只有客户端可以缓存，Cache-Control的默认取值

（3）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

（4）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

（5）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：

（1）HTTP响应报文中expires的时间值，是一个绝对值

（2）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：

（1）访问博客网站

（2）关闭博客的标签页

（3）重新打开博客

（4）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:

（1）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：

1、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。

2、时效性：一旦该进程关闭，则该进程的内存则会清空。

（2）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)。

2.2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：

（1）协商缓存生效，返回304，如下

（2）协商缓存失败，返回200和请求结果，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。

2.2.1Last-Modified / If-Modified-Since

（1）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：

（2）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。

2.2.2Etag / If-None-Match

（1）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：

（2）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。

三、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

浏览器的缓存机制指的是通过在一段时间内保留已接收到的 web 资源的一个副本，如果在资源的有效时间内，发起了对这个资源的再一次请求，那么浏览器会直接使用缓存的副本，而不是向服务器发起请求。使用 web 缓存可以有效地提高页面的打开速度，减少不必要的网络带宽的消耗。

web 资源的缓存策略一般由服务器来指定，可以分为两种，分别是强缓存策略和协商缓存策略。

使用强缓存策略时，如果缓存资源有效，则直接使用缓存资源，不必再向服务器发起请求。强缓存策略可以通过两种方式来设置，分别是 http 头信息中的 Expires 属性和 Cache-Control 属性。

服务器通过在响应头中添加 Expires 属性，来指定资源的过期时间。在过期时间以内，该资源可以被缓存使用，不必再向服务器发送请求。这个时间是一个绝对时间，它是服务器的时间，因此可能存在这样的问题，就是客户端的时间和服务器端的时间不一致，或者用户可以对客户端时间进行修改的情况，这样就可能会影响缓存命中的结果。

Expires 是 http1.0 中的方式，因为它的一些缺点，在 http 1.1 中提出了一个新的头部属性就是 Cache-Control 属性， 它提供了对资源的缓存的更精确的控制。它有很多不同的值，常用的比如我们可以通过设置 max-age 来指定资源能够被缓存的时间 的大小，这是一个相对的时间，它会根据这个时间的大小和资源第一次请求时的时间来计算出资源过期的时间，因此相对于 Expires 来说，这种方式更加有效一些。常用的还有比如 private ，用来规定资源只能被客户端缓存，不能够代理服务器所缓存。还有如 n o-store ，用来指定资源不能够被缓存，no-cache 代表该资源能够被缓存，但是立即失效，每次都需要向服务器发起请求。

一般来说只需要设置其中一种方式就可以实现强缓存策略，当两种方式一起使用时，Cache-Control 的优先级要高于 Expires 。

使用协商缓存策略时，会先向服务器发送一个请求，如果资源没有发生修改，则返回一个 304 状态，让浏览器使用本地的缓存副本。 如果资源发生了修改，则返回修改后的资源。协商缓存也可以通过两种方式来设置，分别是 http 头信息中的 Etag 和 Last-Modified 属性。

服务器通过在响应头中添加 Last-Modified 属性来指出资源最后一次修改的时间，当浏览器下一次发起请求时，会在请求头中添加一个 If-Modified-Since 的属性，属性值为上一次资源返回时的 Last-Modified 的值。当请求发送到服务器后服务器会通过这个属性来和资源的最后一次的修改时间来进行比较，以此来判断资源是否做了修改。如果资源没有修改，那么返回 304 状态，让客户端使用本地的缓存。如果资源已经被修改了，则返回修改后的资源。使用这种方法有一个缺点，就是 Last-Modified 标注的最后修改时间只能精确到秒级，如果某些文件在1秒钟以内，被修改多次的话，那么文件已将改变了但是 Last-Modified 却没有改变， 这样会造成缓存命中的不准确。

因为 Last-Modified 的这种可能发生的不准确性，http 中提供了另外一种方式，那就是 Etag 属性。服务器在返回资源的时候，在头信息中添加了 Etag 属性，这个属性是资源生成的唯一标识符，当资源发生改变的时候，这个值也会发生改变。在下一次资源请求时，浏览器会在请求头中添加一个 If-None-Match 属性，这个属性的值就是上次返回的资源的 Etag 的值。服务接收到请求后会根据这个值来和资源当前的 Etag 的值来进行比较，以此来判断资源是否发生改变，是否需要返回资源。通过这种方式，比 Last-Modified 的方式更加精确。

当 Last-Modified 和 Etag 属性同时出现的时候，Etag 的优先级更高。使用协商缓存的时候，服务器需要考虑负载平衡的问题，因此多个服务器上资源的 Last-Modified 应该保持一致，因为每个服务器上 Etag 的值都不一样，因此在考虑负载平衡时，最好不要设置 Etag 属性。

强缓存策略和协商缓存策略在缓存命中时都会直接使用本地的缓存副本，区别只在于协商缓存会向服务器发送一次请求。它们缓存不命中时，都会向服务器发送请求来获取资源。在实际的缓存机制中，强缓存策略和协商缓存策略是一起合作使用的。浏览器首先会根据请求的信息判断，强缓存是否命中，如果命中则直接使用资源。如果不命中则根据头信息向服务器发起请求，使用协商缓存，如果协商缓存命中的话，则服务器不返回资源，浏览器直接使用本地资源的副本，如果协商缓存不命中，则浏览器返回最新的资源给浏览器。