浅析前端缓存：强缓存（Expires与Cache-Control详解）与协商缓存（4个配置）、缓存失效的问题、缓存nginx配置、缓存存在哪里（内存、硬盘、ServiceWorker）

　　前端缓存，这是一个老生常谈的话题，也常被作为前端面试的一个知识点。今天我们再来总结一下。

　　分类：前端缓存分为强缓存和协商缓存两种。

一、强缓存

　　强缓存主要使用 Expires、Cache-Control 两个头字段，两者同时存在 Cache-Control 优先级更高。当命中强缓存的时候，客户端不会再求，直接从缓存中读取内容，并返回HTTP状态码200。

1、Expires 响应头，代表该资源的过期时间，是一个GMT 格式的标准时间。

　　当客户端请求服务器的时候，服务器会返回资源的同时还会带上响应头Expires，表示资源的过期具体时间，如果客户端在过期时间之前再次获取该资源，就不需要再请求我服务器了，可以直接在缓存里面拿。

　　使用Expires强缓存优点：

• 在过期时间以内，为用户省了很多流量。
• 减少了服务器重复读取磁盘文件的压力。

　　使用Expires强缓存缺点

• 缓存过期以后，服务器不管文件有没有变化会再次请求服务器。

• 缓存过期时间是一个具体的时间，这个时间依赖于客户端的时间，如果时间不准确或者被改动缓存也会随之受到影响。

2、Cache-Control：请求/响应头，缓存控制字段，精确控制缓存策略。

　　为了让强缓存更精确，HTTP1.1增加了Cache-Control字段。Cache-Control既能出现在请求头又能出现在响应头，其不同的值代表不同的意思，下面我们具体分析一下。

　　Cache-Control 服务端参数：

• max-age: 在多少秒内有效，是一个相对时间，这样比Expires具体的时间就更精确了。
• s-maxage: 就是用于表示 cache 服务器上（比如 cache CDN，缓存代理服务器）的缓存的有效时间的，并只对 public 缓存有效。
• no-cache：不使用本地强缓存。需要使用缓存协商。
• no-store：直接禁止浏览器缓存数据，每次用户请求该资源，都会向服务器发送一个请求，每次都会下载完整的资源。
• public：可以被所有的用户缓存，包括终端用户和中间代理服务器。
• private：只能被终端用户的浏览器缓存，不允许中间缓存代理进行缓存，默认的。

　　Cache-Control 客户端参数：

• max-stale: 5 表示客户端到代理服务器上拿缓存的时候，即使代理缓存过期了也不要紧，只要过期时间在 5 秒之内，还是可以从代理中获取的。
• min-fresh: 5 表示代理缓存需要一定的新鲜度，不要等到缓存刚好到期再拿，一定要在到期前 5 秒之前的时间拿，否则拿不到。
• only-if-cached 这个字段加上后表示客户端只会接受代理缓存，而不会接受源服务器的响应。如果代理缓存无效，则直接返回 504（Gateway Timeout）。

二、协商缓存

　　协商缓存主要有四个头字段，它们两两组合配合使用，If-Modified-Since 和 Last-Modified 一组，Etag 和 If-None-Match 一组，当同时存在的时候会以 Etag 和 If-None-Match为主。当命中协商缓存的时候，服务器会返回HTTP状态码304，让客户端直接从本地缓存里面读取文件。

• If-Modified-Since：请求头，资源最近修改时间，由浏览器告诉服务器。其实就是第一次访问服务端返回的Last-Modified的值。

• Last-Modified：响应头，资源最近修改时间，由服务器告诉浏览器。

• Etag：响应头，资源标识，由服务器告诉浏览器。

• If-None-Match：请求头，缓存资源标识，由浏览器告诉服务器。其实就是第一次访问服务端返回的Etag的值。

1、If-Modified-Since 和 Last-Modified

　　当客户端第一次请求服务器的时候，服务端会返回一个Last-Modified响应头，该字段是一个标准时间。客户端请求服务器的时候会带上If-Modified-Since请求头字段，该字段的值就是服务器返回的Last-Modified的值。服务器接收到请求后会比较这两个值是否一样，一样就返回304，让客户端从缓存中读取，不一样就会返回新文件给客户端并更新Last-Modified响应头字段的值。

　　使用If-Modified-Since 和 Last-Modified的优点：当缓存有效时服务器不会返回文件给客户端，而是直接返回304状态码，让客户端从缓存中获取文件。大大节省了流量和带宽以及服务器的压力。

　　使用If-Modified-Since 和 Last-Modified的缺点：Last-Modified 过期时间只能精确到秒。如果在同一秒既修改了文件又获取文件，客户端是获取不到最新文件的。

2、Etag 和 If-None-Match

　　为了解决文件修改时间只能精确到秒带来的问题，我们引入 Etag 响应头。Etag 是由文件修改时间与文件大小计算而成，只有当文件文件内容或修改时间变了Etag的值才会发生变化。

　　当客户端第一次请求服务器的时候，服务端会返回一个Etag响应头。客户端请求服务器的时候会带上If-None-Match请求头字段，该字段的值就是服务器返回的Etag的值。服务器接收到请求后会比较这两个值是否一样，一样就返回304，让客户端从缓存中读取，不一样就会返回新文件给客户端并更新Etag响应头字段的值。

　　使用Etag 和 If-None-Match的优点：

（1）当缓存有效时服务器不会返回文件给客户端，而是直接返回304状态码，让客户端从缓存中获取文件。大大节省了流量和带宽以及服务器的压力。

（2）并且解决了一秒内修改并读取的问题。

三、缓存失效问题

　　引入了缓存固然是好事，能大大提升响应速度以及减轻服务端的压力，但是也会出现一些问题，比如我们明明更新了系统版本，为什么客户端看到的还是老文件。在不同的时代有不同的解决方案。

1、老方案通过人工自己修改文件名或者在文件名后带上版本号、时间戳，这样客户端就会当新文件请求并使用，之前的强缓存就算在有效期内也会失效。

<script src="http://randy.js?version=1.1.1> </script>

2、新方案

　　在现在的构建阶段基本上都不需要人工操作了，都是使用构建工具比如Wbpack、Gulp、Grunt等构建工具自动构建。

　　比如在使用Webpack构建的时候，会根据文件名或文件内容自动计算hash值来给文件命名，当内容或文件名发生改变的时候，构建出来的文件名也一定会不一样，这样也解决了强缓存还在有效期内的问题。

3、扩展：pragma

　　pragma是旧产物，已经逐步抛弃，有些网站为了向下兼容还保留了这个字段。pragma的值为no-cache时，表示禁用缓存。优先级是 pragma > cache-control > expires。

四、缓存的配置

　　如果我们使用Nginx作为Web服务器，我们可以如下配置

location / {
  # 其它配置
  ...
  if ($request_uri ~* .*[.](js|css|map|jpg|png|svg|ico)$) {
    #非html缓存1个月
    add_header Cache-Control "public, max-age=2592000";
  }
  if ($request_filename ~* ^.*[.](html|htm)$) {
    #html文件使用协商缓存
    add_header Cache-Control "public, no-cache";
  }
}

五、缓存到底存在哪呢？

　　很多小伙伴会好奇，这缓存到底存在哪里了呢？别急，我们接着往下讲。

　　按缓存位置分类我们可以分为memory cache、disk cache、Service Worker三类，我们可以在 Chrome 的开发者工具中，Network -> Size 一列看到一个请求最终的处理方式：如果是大小 (多少 K， 多少 M 等) 就表示是网络请求，否则会列出 from memory cache、from disk cache、from ServiceWorker就表示命中了缓存。

1、memory cache 是内存中的缓存，(与之相对 disk cache 就是硬盘上的缓存)。按照操作系统的常理：先读内存，再读硬盘。

2、disk cache 也叫 HTTP cache，顾名思义是存储在硬盘上的缓存，因此它是持久存储的，是实际存在于文件系统中的。而且它允许相同的资源在跨会话，甚至跨站点的情况下使用，例如两个站点都使用了同一张图片。

3、上述的缓存策略以及缓存/读取/失效的动作都是由浏览器内部判断进行的，我们只能设置响应头的某些字段来告诉浏览器，而不能自己操作。

　　service work给予了我们另外一种更加灵活，可以直接的操作方式。我们可以从 Chrome 的 Application找到Service Workers。这个缓存是永久性的，即关闭 TAB 或者浏览器，下次打开依然还在(而 memory cache 不是)。

　　有两种情况会导致这个缓存中的资源被清除：手动调用 API cache.delete(resource) 或者容量超过限制，被浏览器全部清空。