http强制缓存、协商缓存、指纹ETag详解
每个浏览器都有一个自己的缓存区，使用缓存区的数据有诸多好处，减少冗余的数据传输，节省网络传输。减少服务器负担， 提高网站的性能。加快客户端加载网页的速度等，而这里指的缓存，指代的静态文件的缓存，动态数据缓存需要走redis。今天我们使用node搭建服务，简单演示一下几种缓存的设置及配合使用。
缓存分为disk cache 和 memory cache两种，浏览器自行处理，代码层面无法控制。而我们一般在用的时候都是在nginx层做处理，但核心是一样的，都是设置header
简单说一下，Chrome浏览器的缓存文件位置在哪，感兴趣的同学可以自己找一找：
-
chrome浏览器地址栏中输入：
chrome://version/ -
找到个人资料路径(我的是)：
C:\Users\Lenovo\AppData\Local\Google\Chrome\User Data\Default -
计算机中找到对应的目录，可以在这个目录下查看到
Cache和Code Cache目录，这个就是缓存文件目录进入对应的目录，可以进行手动删除
实操目录及步骤
初始化package.json： npm init -y
下载第三方模块：npm i mime
.
│
└─cache
├─node_modules
├─public // 静态文件目录
├─1.js // 请求的文件资源
├─index.html
├─1.cache.js // 强制缓存 完整代码案例
├─2.cache.js // 协商缓存 完整代码案例
├─3.cache.js // 指纹对比 完整代码案例
缓存分类
强制缓存：直接缓存至浏览器中，不会再次向服务器发送请求；对比缓存：也叫协商缓存，客服各执一份文件修改时间，相互对比，若相同用客户端缓存指纹Etag：为解决对比缓存存在的一些问题，客服各执一份文件签名，相互对比，若相同用客户端缓存
强制缓存
-
服务器与浏览器约定一个缓存的最大存活时间，如10s，那么10s内，浏览器请求相同的资源便不会在请求服务器，会默认走浏览器的缓存区，并且响应码依然为
200 -
如果返回的是一个html，其中又引用了其他资源，还会继续向服务器发送请求。
-
不对首次访问的路径做处理，也就是第一次访问时，不走强制缓存的，必然会请求到服务器端，因为如果连首页都走缓存了，那么在断网或服务器宕机的情况下也可以访问该网站，显然是不合理的
-
可以根据不同的文件后缀，设置不同的强制缓存的时间
-
在缓存数据生效期间，可以直接使用缓存数据，在没有缓存数据时，浏览器向服务器请求数据，服务器会将数据和缓存规则一并返回，缓存规则信息包含在响应头中。
-
强制缓存常用的
两种响应头设置
// 10s 表示当前时间 + 10s，属于相对时间 (用于新版浏览器)
res.setHeader('Cache-Control', 'max-age=10');
// 设置 绝对时间 (用于旧版浏览器或IE老版本 或 http1.0)
// 设置header的值只能是数字，字符串或数组，不能为对象，new Date()返回的是对象，所以需要转一下。
res.setHeader('Expires', new Date(Date.now() + 10 * 1000).toUTCString());
- 完整代码：
const http = require('http')
const url = require('url')
const path = require('path');
const fs = require('fs');
const mime = require('mime');
const server = http.createServer((req, res) => {
let { pathname } = url.parse(req.url, true)
let filepath = path.join(__dirname, 'public', pathname); // 访问路径拼接 public
// 10s 表示当前时间 + 10s，属于相对时间 (用于新版浏览器)
res.setHeader('Cache-Control', 'max-age=10');
// 设置 绝对时间 (用于旧版浏览器或IE老版本 或 http1.0)
// 设置header的值只能是数字，字符串或数组，不能为对象，new Date()返回的是对象，所以需要转一下。
res.setHeader('Expires', new Date(Date.now() + 10 * 1000).toUTCString());
fs.stat(filepath, function (err, statObj) {
if (err) { // 获取文件信息报错，则则响应 404
res.statusCode = 404;
res.end('Not Found!')
} else {
// 如果是文件，设置对应类型的响应头，并返响应文件内容
if (statObj.isFile()) {
res.setHeader('Content-Type', mime.getType(filepath) + ';charset=utf-8');
fs.createReadStream(filepath).pipe(res);
} else {
// 如果是目录，需要找目录下的 index.html
let htmlPath = path.join(filepath, 'index.html') // 拼接路径
fs.access(htmlPath, function (err) {
if (err) { // 查看文件的可访问性，如不能访问则响应 404
res.statusCode = 404;
res.end('Not Found!')
} else {
res.setHeader('Content-Type', 'text/html;charset=utf-8');
fs.createReadStream(htmlPath).pipe(res)
}
})
}
}
})
});
// 服务监听 3000 端口
server.listen(3000, function () {
console.log('server is running....');
})
对比缓存
-
浏览器首次请求资源时，服务器会将
缓存标识(文件修改时间)与资源一同返回给浏览器。 -
再次请求时，客户端请求头会携带
缓存标识(If-Modified-Since)，并在服务端对比两个时间。 -
若相等，直接返回
304状态码，读取浏览器的缓存中对应缓存文件； -
若不相等，返回最新内容，并给文件设置新的修改时间。
-
对比缓存
不管是否生效，都需要与服务端发生交互 -
强制缓存和对比缓存可以配合使用，如10s内强制缓存，超过10s走对比缓存，同时在设置10s的强制缓存
-
响应头设置
// no-cache: 需要使用对比缓存验证数据,会向服务器发送请求，且数据会存到浏览器的缓存中
res.setHeader('Cache-Control', 'no-cache');
// 设置响应头，文件的最后修改时间
res.setHeader('Last-Modified',ctime)
-
Last-Modify & If-Modified-Since
-
完整代码：
const http = require('http')
const url = require('url')
const path = require('path');
const fs = require('fs');
const mime = require('mime');
const server = http.createServer((req, res) => {
let { pathname } = url.parse(req.url, true)
let filepath = path.join(__dirname, 'public', pathname);
// 强制缓存和对比缓存配合使用，10s内走强制缓存，超过10s会走对比缓存，同时在设置10s的强制缓存
// res.setHeader('Cache-Control', 'max-age=10');
res.setHeader('Cache-Control', 'no-cache');
fs.stat(filepath, function (err, statObj) {
if (err) {
res.statusCode = 404;
res.end('Not Found!')
} else {
// 如果是文件
if (statObj.isFile()) {
const ctime = statObj.ctime.toGMTString();
// 判断请求头存储的时间与服务器端文件的最后修改时间是否相等
if(req.headers['if-modified-since'] === ctime){
res.statusCode = 304; // 设置响应状态码，浏览器默认会自动解析，从缓存中读取对应文件
res.end(); // 表示此时服务器没有响应结果
}else{
// 设置响应头，文件的最后修改时间
res.setHeader('Last-Modified',ctime)
// 设置对应类型的响应头，并返响应文件内容
res.setHeader('Content-Type', mime.getType(filepath) + ';charset=utf-8');
fs.createReadStream(filepath).pipe(res);
}
} else {
// 如果是目录，需要找目录下的index.html
let htmlPath = path.join(filepath, 'index.html') // 拼接路径
fs.access(htmlPath, function (err) {
if (err) { // 查看文件的可访问性，如不能访问则响应 404
res.statusCode = 404;
res.end('Not Found!')
} else {
res.setHeader('Content-Type', 'text/html;charset=utf-8');
fs.createReadStream(htmlPath).pipe(res)
}
})
}
}
})
});
// 服务监听 3000 端口
server.listen(3000, function () {
console.log('server is running....');
})
指纹 Etag
在讲指纹之前，还需要介绍一下摘要算法及加密算法，crypto 是node中提供好的用于加密的模块，各种摘要算法和加密算法。
摘要及加密算法
MD5：常见的MD5算法，也叫hash算法或者摘要算法，具有以下特点：
- 不能反解，不可逆，
- 相同的内容，摘要出的结果相同
- 不同的内容，摘要出长度是相同的
- 不同的内容，摘要的结果完全不同 (也称雪崩效应，有一点不一样，结果就完全不一样)
- 网上在线解密MD5其实只是通常意义的撞库
- 撞库不叫解密，为了安全，可以将一个md5值多次加密，一般三次以上就无法破解了md5(md5(md5(xxx))),
sha1/sha256：加盐算法，是真正的加密算法，设定一个盐值(秘钥)，内容一致，盐值不同,结果不同
const crypto = require('crypto');
/** md5*/
// 摘要的内容 摘要的格式
let r1 = crypto.createHash('md5').update('abcd').digest('base64');
// 分开摘要， 如果内部使用了流，可以读一点摘要一点
let r2 = crypto.createHash('md5').update('a').update('b').update('cd').digest('base64');
console.log(r1, r2);
/** sha256 */
const crypto = require('crypto');
let r3 = crypto.createHmac('sha256','n').update('ab').update('cd').digest('base64');
let r4 = crypto.createHmac('sha256','h').update('a').update('bcd').digest('base64');
console.log(r3, r4);
进入正题，对比缓存使用的最后修改时间方案也存在一定的问题：
- 某些服务器不能精确得到文件的最后修改时间， 这样就无法通过最后修改时间来判断文件是否更新了。
- 某些文件的修改非常频繁，在秒以下的时间内进行多次修改，而Last-Modified只能精确到秒。
- 一些文件的最后修改时间改变了，但是内容并未改变(典型吃了吐)。 因此不希望被认为是修改。
- 如果同样的一个文件位于多个CDN服务器，内容虽然一样，修改时间不一样。
Etag的出现，可以在一定程度上解决这个问题，但不能说完全解决，他也存在他的问题，接下来分析一下他的实现原理：
-
ETag（实体标签），根据
摘要算法将实体内容生成的一段hash字符串，文件改变，ETag也随之改变 -
但是对于大文件，不会直接全量比对，可以用文件的大小，开头、或某一段生成一个指纹
-
浏览器首次请求资源时，服务器会将
ETag与资源一同返回给浏览器。 -
再次请求时，客户端请求头会携带
签名标识(If-None-Match)，并在服务端对比两个签名。 -
若相等，直接返回
304状态码，读取浏览器的缓存中对应缓存文件； -
若不相等，返回最新内容，并给文件设置新的修改时间。
-
ETag
不管是否生效，都需要与服务端发生交互 -
响应头设置
// no-cache: 需要使用对比缓存验证数据,会向服务器发送请求，且数据会存到浏览器的缓存中
res.setHeader('Cache-Control', 'no-cache');
// 设置响应头，文件的最后修改时间
res.setHeader('Last-Modified',ctime)
-
ETag & If-None-Match
-
完整代码：
const http = require('http')
const url = require('url')
const path = require('path');
const fs = require('fs');
const mime = require('mime');
const crypto = require('crypto');
const server = http.createServer((req, res) => {
let { pathname } = url.parse(req.url, true)
let filepath = path.join(__dirname, 'public', pathname);
fs.stat(filepath, function (err, statObj) {
if (err) {
res.statusCode = 404;
res.end('Not Found!')
} else {
// 如果是文件
if (statObj.isFile()) {
let content = fs.readFileSync(filepath);
let etag = crypto.createHash('md5').update(content).digest('base64');
// 判断请求头存储的签名与服务端文件的生成的签名是否相等
if(req.headers['if-none-match'] === etag){
res.statusCode = 304; // 设置响应状态码，浏览器默认会自动解析，从缓存中读取对应文件
res.end() // 表示此时服务器没有响应结果
}else{
// 设置响应头，签名
res.setHeader('Etag',etag)
// 设置对应类型的响应头，并返响应文件内容
res.setHeader('Content-Type', mime.getType(filepath) + ';charset=utf-8');
fs.createReadStream(filepath).pipe(res);
}
} else {
// 如果是目录，需要找目录下的index.html
let htmlPath = path.join(filepath, 'index.html') // 拼接路径
fs.access(htmlPath, function (err) {
if (err) { // 查看文件的可访问性，如不能访问则响应 404
res.statusCode = 404;
res.end('Not Found!')
} else {
res.setHeader('Content-Type', 'text/html;charset=utf-8');
fs.createReadStream(htmlPath).pipe(res)
}
})
}
}
})
});
// 服务监听 3000 端口
server.listen(3000, function () {
console.log('server is running....');
})
缓存总结
-
强制缓存如果生效，不会再和服务器发生交互，而对比缓存不管是否生效，都需要与服务端发生交互 -
缓存规则可以同时存在，
强制缓存优先级高于对比缓存，也就是说，当强制缓存规则生效时，直接使用缓存，不再执行对比缓存规则 -
可以设置不同的匹配规则，采用不同的缓存方式
-
重要代码：
// 第一次发送文件，先设置强制缓存，在执行强制缓存时，默认不会执行对比缓存，因为不走服务器
res.setHeader('Cache-Control','max-age=10');
res.setHeader('Expires',new Date(Date.now() + 10 * 1000).toGMTString());
// 每次强制缓存时间到了，就会走对比缓存，然后在变成强制缓存
const lastModified = statObj.ctime.toGMTString();
const etag = crypto.createHash('md5').update(readFileSync(requestFile)).digest('base64');
res.setHeader('Last-Modified',lastModified);
res.setHeader('Etag',etag);
let ifModifiedSince = req.headers['if-modified-since'];
let ifNoneMatch = req.headers['if-none-match'];
// 如果文件修改时间不一样，就直接返回最新的
if(lastModified !== ifModifiedSince){ // 有可能时间一样，但是内容不一样
return createReadStream(requestFile).pipe(res);;
}
if(etag !== ifNoneMatch){ // 一般情况，指纹生成不会是根据文件全量生成，有可能只是根据文件大小等
return createReadStream(requestFile).pipe(res);;
}
res.statusCode = 304;
return res.end();
