【http】缓存协议

✨ 专栏介绍

在当今互联网时代，计算机网络已经成为了人们生活和工作中不可或缺的一部分。而要实现计算机之间的通信和数据传输，就需要依靠各种网络协议来进行规范和约束。无论是浏览网页、发送电子邮件还是进行在线交流，都离不开各种各样的网络协议。在本专栏中，我们将深入学习各种常见的网络协议，如HTTP、TCP/IP、UDP、DNS等。我们将探索这些协议的工作原理、数据包结构、状态管理以及与其他协议的关系。此外，我们还将介绍网络安全和加密技术，以及常见的网络攻击和防御方法。通过学习这些内容，你将能够更好地理解计算机网络的运作原理，并能够应用这些知识来解决实际问题和优化网络性能。让我们一起开始探索网络协议的奥秘吧！点击订阅网络协议专栏

摘要

本文将深入探讨HTTP缓存协议的基本原理、缓存策略以及来自服务器和客户端的缓存指令。我们将详细解析缓存标志和相关头部字段，以帮助开发人员更好地理解和应用HTTP缓存机制。

1. 缓存的基本原理

HTTP缓存是一种机制，用于在客户端和服务器之间存储已请求资源的副本。当客户端再次请求相同资源时，可以直接从缓存中获取，而无需再次向服务器发送请求。这样可以减少网络流量、提高性能和用户体验，极大的降低了服务器的处理压力。

HTTP缓存的基本原理如下：

客户端发送请求到服务器，并在响应中获取资源。
服务器在响应中发送与资源相关的头部字段，用于控制资源的缓存行为。
客户端根据这些头部字段来决定是否将资源保存到缓存中。
当客户端再次请求相同资源时，会先检查是否存在有效的缓存副本。如果存在，则直接从缓存中获取资源。

2. 缓存策略

这里就设计到一个缓存策略的问题，这些问题包括：

哪些资源需要加入到缓存，哪些不需要？
缓存的时间是多久呢？
如果服务器的资源有改动，客户端如何更新缓存呢？
如果缓存过期了，可是服务器上的资源并没有发生变动，又该如何处理呢？
…

为了有效利用HTTP缓存，需要制定适当的缓存策略。以下是常见的缓存策略：

强制缓存：当资源被强制缓存在客户端时，下一次请求时将直接从客户端获取，而不发送请求到服务器。这是通过设置响应头部字段来实现的。
协商缓存：当资源未被强制缓存在客户端时，客户端发送请求到服务器，并根据服务器返回的响应判断是否使用已有的副本。这是通过与服务器进行协商来实现的。

3. 来自服务器的缓存指令

服务器可以通过响应头部字段发送缓存指令，以指示客户端如何缓存资源。以下是常见的服务器缓存指令：

Cache-Control：这是最常用的服务器缓存指令，用于控制资源的缓存行为。常见的Cache-Control指令包括：
- max-age：指定资源在客户端缓存中的有效期（以秒为单位）。例如，max-age=3600表示资源在客户端缓存有效期为3600秒。
- no-cache：表示客户端不能直接使用已有的副本，需要先与服务器进行验证。
- no-store：表示响应不能被任何形式的缓存进行保存，每次请求都需要从服务器获取最新版本。
ETag：ETag是服务器为每个资源分配的唯一标识符。它可以是资源内容的哈希值、版本号或任何其他能够唯一标识资源的字符串。当客户端再次请求资源时，可以将上次获取资源时服务器返回的ETag值发送给服务器，以便服务器判断资源是否发生了变化。如果ETag值匹配，服务器可以返回304 Not Modified，客户端可以直接从缓存中获取资源。
Date：Date是响应头部字段，表示响应生成的日期和时间。它通常由服务器自动生成，并用于协助缓存控制和验证机制。当客户端发送请求时，会将上次获取资源时服务器返回的Date值发送给服务器。这有助于服务器判断客户端请求是否在资源过期之前发出。这些缓存指令和头部字段在HTTP协议中起着关键作用，帮助服务器和客户端进行缓存控制、协商和验证。
Last-Modified：Last-Modified是响应头部字段，表示资源的最后修改时间。服务器在响应中发送该字段，以便客户端在下一次请求时将该值发送回服务器进行协商缓存。当客户端再次请求资源时，可以将上次获取资源时服务器返回的Last-Modified值发送给服务器。如果资源在该时间之后未发生修改，服务器会返回304 Not Modified，客户端可以直接从缓存中获取资源。这个字段用于协商缓存机制，通过比较资源的最后修改时间来判断是否需要重新获取资源。
Expires

在http1.0版本中，是通过Expires响应头来指定过期时间点的，例如：
```
Expires: Thu, 23 Apr 2023 22:08:38 GMT
```
到了http1.1版本，已更改为通过Cache-Control的max-age来记录了。

4. 客户端的缓存指令

客户端可以通过请求头部字段发送缓存指令，以告知服务器其拥有的资源副本情况。以下是常见的客户端缓存指令：

If-Modified-Since：用于协商缓存，客户端将上次获取资源时的Last-Modified值发送给服务器。服务器会比较资源的最后修改时间，如果未发生变化，则返回304 Not Modified，客户端可以直接从缓存中获取资源。
If-None-Match：用于协商缓存，客户端将上次获取资源时的ETag值发送给服务器。服务器会比较资源的ETag值，如果匹配，则返回304 Not Modified，客户端可以直接从缓存中获取资源。

如何判断缓存是否有效呢？

缓存有效

就是把max-age + Date，得到一个过期时间，看看这个过期时间是否大于当前时间，如果是，则表示缓存还没有过期，仍然有效，如果不是，则表示缓存失效。

当浏览器发现缓存有效时，完全不会请求服务器，直接使用缓存即可得到结果
此时，如果你断开网络，会发现资源仍然可用
这种情况会极大的降低服务器压力，但当服务器更改了资源后，浏览器是不知道的，只要缓存有效，它就会直接使用缓存

缓存无效

当浏览器发现缓存已经过期，它并不会简单的把缓存删除，而是问问服务器，我这个缓存还能继续使用吗？
于是，浏览器向服务器发出了一个带缓存的请求，又称之为协商缓存

带缓存的请求则是加上If-Modified-Since、If-None-Match的请求头。

服务器可能会产生两个情况：

缓存已经失效 (200)
缓存仍然有效（304）

5. 缓存标志

HTTP协议中使用一些标志来表示资源是否被缓存或如何进行缓存。以下是常见的缓存标志：

Public：表示响应可以被任何中间代理服务器（如CDN）和客户端进行缓存。
Private：表示响应只能被特定用户代理（如浏览器）进行缓存。
No-Cache：表示响应不能被直接使用，需要先与服务器进行验证。
No-Store：表示响应不能被任何形式的缓存进行保存。

结论

HTTP缓存协议是提高性能和用户体验的重要机制。通过理解缓存的基本原理、制定适当的缓存策略以及使用服务器和客户端的缓存指令，开发人员可以更好地利用HTTP缓存机制。同时，了解和使用缓存标志可以更精确地控制资源的缓存行为。通过合理应用HTTP缓存协议，我们可以减少网络流量、提高性能，并提供更好的用户体验。

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