17 | 客户端缓存是如何帮助服务器分担流量的？

周志明

你好，我是周志明。这节课，我们继续来讨论透明多级分流系统中，最靠近用户一侧的分流部件：浏览器的客户端缓存。
当万维网刚刚出现的时候，浏览器的缓存机制差不多就已经存在了。在 HTTP 协议设计之初，人们便确定了服务端与客户端之间“无状态”（Stateless）的交互原则，即要求客户端的每次请求是独立的，每次请求无法感知、也不能依赖另一个请求的存在，这既简化了 HTTP 服务器的设计，也为它的水平扩展能力留下了广阔的空间。
但无状态并不是只有好的一面。因为客户端的每次请求都是独立的，服务端不会保存之前请求的状态和资源，所以也不可避免地导致它会携带重复的数据，造成网络性能的降低。
那么，HTTP 协议针对这个问题的解决方案，就是客户端缓存。从 HTTP/1.0 到 1.1、再到 2.0 版本的演进中，逐步形成了现在被称为“状态缓存”、“强制缓存”（或简称为“强缓存”）和“协商缓存”这三种 HTTP 缓存机制。
这其中的状态缓存，是指不经过服务器，客户端直接根据缓存信息来判断目标网站的状态。以前只有 301/Moved Permanently（永久重定向）这一种；后来在RFC6797中增加了HSTS（HTTP Strict Transport Security）机制，用来避免依赖 301/302 跳转 HTTPS 时，可能产生的降级中间人劫持问题（在第 28、29 讲中，我还会展开讲解这个问题），这也属于另一种状态缓存。

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解释
总结

HTTP协议的缓存机制在客户端缓存方面发挥着重要作用，有助于减轻服务器负载并提升网络性能。本文深入介绍了强制缓存和协商缓存两种机制。强制缓存通过Expires和Cache-Control两类Headers实现，其中Cache-Control提供了更丰富的参数定义，支持强制缓存机制的实现。而协商缓存则基于资源的修改时间和唯一标识进行变动检查，通过Last-Modified和If-Modified-Since以及Etag和If-None-Match等Header实现。此外，文章还介绍了HTTP的内容协商机制和Vary Header的作用。通过合理利用客户端缓存，可以有效节省网络流量，为后端系统分流，实现更高并发。总之，本文详细解析了HTTP缓存机制的演进和实现细节，为读者提供了对客户端缓存如何帮助服务器分担流量的深入理解。

该试读文章来自《周志明的软件架构课》，如需阅读全部文章，
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lmdcx
每次看周老师的专栏都有种受虐感, 或者惊叹于老师治学的严谨态度, 把知识脉络梳理的秋毫必现 -------------- 不过我这次好像发现了一点小问题： "这个“最差”体现在每次请求时，服务端都必须对资源进行哈希计算" 这也未必吧，还是看具体实现吧，如果是每次资源变化时才更新 Etag, 我觉得其实性能未必差太多吧? 比如老师文中也提到了: Apache 服务器的 Etag 值，就默认是对文件的索引节点（INode）、大小和最后修改时间进行哈希计算后而得到的. 那它的哈希计算时间点就应该是最后修改时间, 而不是每次请求. --------------- 最后，请求一下小编，你们的留言框(我说的是 PC 端)能否改大些，长文输入比较麻烦
作者回复: 先感谢认可哈。 “那它的哈希计算时间点就应该是最后修改时间, 而不是每次请求.” 如果文件每次变更，可以由文件系统来计算一次Hash，然后存储到文件系统的某个位置，供后续应用使用，那确实在修改时计算是最佳的。但是文件系统并未做出这样的支持，如果这件事情要由Web服务器来做的话，似乎就只有通过inotify来监视文件变化这种方式了，这样的消耗反而得不偿失。所以目前一般是请求时计算，最多辅以短时间的缓存措施来缓解。最后，留言框的体验确实不好，尤其是对于作者需要回复多个读者时确实挺痛苦的。另一块需要改进的是读者对作者已回复的留言提交了新的回复时，作者无法从后台中看到，只能前台点开留言去看，这个当发现了之后往往也过了时效性。
2021-01-01

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刘智恒
我想确认一下，无状态指的是不是无“客户端短暂的会话状态”。长期的需要持久化的业务状态（比如用户购买的课程）是不方便做无状态化的。
作者回复: 在介绍REST的课程中解释过无状态的概念，可以参考一下。
2020-12-27

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心之翥
请问周老师，我在做服务端编程的时候，一般比较少去设置这些缓存配置参数。是否web服务器或代理服务器帮助我们做了这些事情，所以我们不再需要去对每个资源做繁琐的缓存控制？请帮忙解惑一下，谢谢。
2021-11-22

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大力水手Jerry
一课一思：前端的技术发展向后端看起，以前只知道cookie，看了才知道有LocalStorage、SessionStorage，以及IndexedDB，WebSQL等数据库可以用。不过javascript是一种图灵完备语言，且手持终端计算能力已经足以完成相当规模的的运算，出现这些技术很正常。
2021-03-13

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zhanyd
localStorage和sessionStorage以前有用到过，第一次知道IndexedDB，现在浏览器都自带数据库了，真是厉害了。现在前端各种框架都需要编译，打包，部署，而且还自带数据库，感觉前端和后端越来越像了。。。
2020-12-25
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Andot
对于浏览器隐身模式也都是Cache-Control: non-cache
2023-10-30归属地：北京

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return
"Etag 和 Last-Modified 是允许一起使用的，服务器会优先验证 Etag，在 Etag 一致的情况下，再去对比 Last-Modified，这是为了防止有一些 HTTP 服务器没有把文件修改日期纳入哈希范围内。" 这样岂不是性能更差了。
2021-12-20

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return
"Etag 和 Last-Modified 是允许一起使用的，服务器会优先验证 Etag，在 Etag 一致的情况下，再去对比 Last-Modified，这是为了防止有一些 HTTP 服务器没有把文件修改日期纳入哈希范围内。"
2021-12-20

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星溯
最后老师讲的内容协商部分，对于”多个资源“的表述，有些不同看法：个人理解不能称之为多个资源，而应称为”同一资源的不同版本“，根据RESTful架构风格，URL面向资源，而资源语义由URL来完备地、唯一地确定，不会受Header影响，因此只要URL相同，就应是同一个资源，只是不同版本，有着不同表现形式。
2021-04-18
1
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言十年
localstorage 用了
2021-03-27

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