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web性能優化之：no-cache與must-revalidate深入探究

02-08

引言

稍微了解HTTP協議的前端同學，相比對Cache-Control不會感到陌生，性能優化時經常都會跟它打交道。

常見的值有有private、public、no-store、no-cache、must-revalidate、max-age等。

各個取值所代表的含義，網上總結挺多的，這裡就不打算再進行逐一介紹，感興趣的可以一起探討交流。

本文僅挑no-cache、must-revalidate 這兩個進行值進行探究對比。在項目實踐中，這兩個值用的比較多，也比較容易搞混。

Cache-Control: no-cache

Cache-Control: max-age=60, must-revalidate

傳送門：RFC2616關於Cache-Control首部的介紹。

如果對論證過程不感興趣，也可以直接跳到「對比結論」小節查看結論。

no-cache、must-revalidate簡介

  • no-cache: 告訴瀏覽器、緩存伺服器，不管本地副本是否過期，使用資源副本前，一定要到源伺服器進行副本有效性校驗。

  • must-revalidate：告訴瀏覽器、緩存伺服器，本地副本過期前，可以使用本地副本；本地副本一旦過期，必須去源伺服器進行有效性校驗。

上面的介紹涉及三個主體：瀏覽器、緩存伺服器、源伺服器。下面小節會簡單進行介紹。

瀏覽器、緩存伺服器、源伺服器

  • 瀏覽器：資源請求直接發起方。

  • 源伺服器：資源實際提供方。

  • 緩存伺服器：在瀏覽器、源伺服器之間架設的中間伺服器，由它代替瀏覽器，向源伺服器發起資源請求；

緩存伺服器作用如下。緩存伺服器不是必須的，瀏覽器可也可與源伺服器直接通信。

加速資源訪問速度，降低源伺服器的負載。緩存伺服器從源伺服器獲取資源，並返回給瀏覽器。此外，緩存伺服器一般還會在本地保存資源的副本，當有相同的資源請求到來，緩存伺服器可返回資源副本，以此提高資源訪問速度。

對比測試場景、環境準備

對比測試場景

下文會通過以下兩種場景的對比測試，來探究no-cache、must-revalidate的區別。

  1. 瀏覽器 直接訪問 源伺服器。

  2. 瀏覽器 通過 緩存伺服器，間接訪問 源伺服器。

環境準備

  • 操作系統：OSX 10.11.4

  • 瀏覽器：Chrome 52.0.2743.116 (64-bit)、Firefox 49.0.2

  • 緩存伺服器：Squid 3.6

  • 源伺服器：Express 4.14.0

1、下載實驗代碼：可以訪問github主頁獲取，也可通過git clone下載到本地。

git clone https://github.com/chyingp/tech-experiment.gitcd tech-experiment/2016.10.25-cache-control/npm install

2、安裝Squid，步驟略，下載地址。

3、可選：啟動Squid，並將本地http代理設置為Squid的ip和埠。

備註：測試場景「通過緩存伺服器，間接訪問源伺服器資源」時，才需要這一步。

4、可選：將本地代理設置為Charles的地址，然後將Charles的代理地址設置為squid的代理地址。（避免瀏覽器開發者工具對request header的修改，干擾實驗結果）

場景一：瀏覽器->源伺服器

首先，通過以下腳本啟動本地伺服器（源伺服器）。

cd connect-directly node server.js

Cache-Control: no-cache

用例1：二次訪問，源伺服器 上 資源 未發生變化

訪問地址為：127.0.0.1:3000/no-cache

步驟一：第一次訪問，返回內容如下。可以看到，返回了Cache-Control: no-cache。

HTTP/1.1 200 OKX-Powered-By: ExpressCache-Control: no-cacheContent-Type: text/html; charset=utf-8Content-Length: 11ETag: W/"b-s0vwqaICscfrawwztfPIiA"Date: Wed, 26 Oct 2016 07:46:28 GMTConnection: keep-alive

步驟二：第二次訪問，返回內容如下。返回狀態碼為304 Not Modified，表示經過校驗，源伺服器上的資源沒有變化，瀏覽器可以採用本地副本。

HTTP/1.1 304 Not ModifiedX-Powered-By: ExpressCache-Control: no-cacheETag: W/"b-s0vwqaICscfrawwztfPIiA"Date: Wed, 26 Oct 2016 07:47:31 GMTConnection: keep-alive

用例2：二次訪問，源伺服器 上 資源 發生變化

步驟一：訪問地址為：http://127.0.0.1:3000/no-cach...

備註：change=1告訴源伺服器，每次訪問都返回不同內容

步驟一：第一次訪問，內容如下，不贅述。

HTTP/1.1 200 OKX-Powered-By: ExpressCache-Control: no-cacheContent-Type: text/html; charset=utf-8Content-Length: 11ETag: W/"b-8n8r0vUN+mIIQCegzmqpuQ"Date: Wed, 26 Oct 2016 07:48:01 GMTConnection: keep-alive

步驟二：第二次訪問，返回內容如下。注意Etag變化了，表示源伺服器資源已發生變化。於是狀態碼為200 OK，源伺服器返回新版本的資源給瀏覽器。

HTTP/1.1 200 OKX-Powered-By: ExpressCache-Control: no-cacheContent-Type: text/html; charset=utf-8Content-Length: 11ETag: W/"b-0DK7Mx61dfZc1vIPJDSNSQ"Date: Wed, 26 Oct 2016 07:48:38 GMTConnection: keep-alive

Cache-Control: must-revalidate

訪問地址：http://127.0.0.1:3000/must-re...

可選參數說明：

  • max-age：源站返回的內容，max-age是多少（單位是s）。

  • change：源站返回的內容，是否變化，如果是1，則變化。

用例1：二次訪問，瀏覽器緩存未過期

訪問地址：http://127.0.0.1:3000/must-re...

備註：max-age=10表示，希望資源緩存10s

步驟一：第一次訪問，返回內容如下。

HTTP/1.1 200 OKX-Powered-By: ExpressCache-Control: max-age=10, must-revalidateContent-Type: text/html; charset=utf-8Content-Length: 16ETag: W/"10-dK948plT5cojN3y7Cy717w"Date: Wed, 26 Oct 2016 08:06:16 GMTConnection: keep-alive

步驟二：第二次訪問（在10s內），如下截圖所示，瀏覽器直接從本地緩存里讀取資源副本，並沒有重新發起HTTP請求。

用例2：二次訪問，瀏覽器緩存已過期，源伺服器 資源未變化

步驟一：第一次訪問略過。第二次訪問如下截圖所示（10s後），返回304 Not Modified。

HTTP/1.1 304 Not ModifiedX-Powered-By: ExpressCache-Control: max-age=10, must-revalidateETag: W/"10-dK948plT5cojN3y7Cy717w"Date: Wed, 26 Oct 2016 08:09:22 GMTConnection: keep-alive

用例3：瀏覽器緩存已過期，源伺服器 資源 已變化

訪問地址：http://127.0.0.1:3000/must-re...

步驟一：第一次訪問，截圖如下。

步驟二：第二次訪問（10s後），返回截圖如下，可以看到返回了200。

場景2：瀏覽器->緩存伺服器->源伺服器

從上面的對比實驗已經知道，在不經過緩存伺服器的情況下，no-cache、must-revalidate在緩存校驗方面的差別。

接下來，我們再看下，引入緩存伺服器後，二者表現的差異點。

備註：下文我們會通過查看Squid的訪問日誌，來確認緩存伺服器的行為。這裡對日誌中的幾個關鍵字先粗略解釋下：

  • TCP_MISS：沒有命中緩存。有可能是緩存伺服器不存在資源的副本，也有可能資源副本已過期。

  • TCP_MEM_HIT：命中了緩存。緩存伺服器存在資源的副本，並且副本未過期。

再次貼上之前的圖。

Cache-Control: no-cache

用例1：chrome第一次訪問資源

chrome訪問截圖如下：200 ok

squid日誌：TCP_MISS，表示沒有命中本地資源副本。

1477501799.573 17 127.0.0.1 TCP_MISS/200 299 GET http://127.0.0.1:3000/no-cache - HIER_DIRECT/127.0.0.1text/html

用例2：chrome再次訪問該資源。且源伺服器上，該資源未變化

訪問地址：127.0.0.1:3000/no-cache

第一次訪問略。第二次訪問，chrome訪問截圖如下：

squid訪問日誌如下：TCP_MISS/304 。表示緩存伺服器 聯繫了 源伺服器，發現內容沒變化，於是返回304。

1477501987.785 1 127.0.0.1 TCP_MISS/304 238 GET http://127.0.0.1:3000/no-cache - HIER_DIRECT/127.0.0.1 -

用例3：chrome再次訪問該資源。且源伺服器上，該資源已變化

訪問地址：http://127.0.0.1:3000/no-cach...

備註：change=1 表示強制每次訪問源伺服器，返回的資源都是新的。

第一次訪問略。第二次訪問，chrome截圖如下，狀態碼為200。

從squid日誌來看，緩存伺服器 訪問 源伺服器，並返回200給瀏覽器。

1477647837.216 1 127.0.0.1 TCP_MISS/200 299 GET http://127.0.0.1:3000/no-cache? - HIER_DIRECT/127.0.0.1text/html

Cache-Control: must-revalidate

用例1：緩存伺服器 已存在 資源副本，且該資源副本 未過期

訪問地址：http://127.0.0.1:3000/must-re...

備註：max-age=900表示資源有效期是900s

步驟一：

chrome第一次訪問 該資源，緩存伺服器上沒有該資源副本，於是訪問源伺服器。最終，緩存伺服器給瀏覽器返回200。此時，緩存伺服器squid上有了資源的副本。

步驟二：

firefox第一次訪問 該資源（900s內）。緩存伺服器上已有該資源副本，且該副本未過期。於是，緩存伺服器給firefox返回該資源副本，且狀態碼為200。（緩存命中）

為了驗證步驟二中，緩存伺服器 返回的是本地資源的副本，查看squid日誌。其中，第二條就是firefox的訪問記錄，TCP_MEM_HIT/200表示命中本地緩存。

1477648947.594 5 127.0.0.1 TCP_MISS/200 325 GET http://127.0.0.1:3000/must-revalidate? - HIER_DIRECT/127.0.0.1 text/html1477649012.625 0 127.0.0.1 TCP_MEM_HIT/200 333 GET http://127.0.0.1:3000/must-revalidate? - HIER_NONE/- text/html

用例2：緩存伺服器 已存在 資源副本，該資源副本已過期，但源伺服器上 資源未改變

訪問鏈接：http://127.0.0.1:3000/must-re...

用chrome先後訪問該資源，其間間隔超過10s。第二次訪問時，chrome收到響應如下。

查看squid日誌。可以看到，狀態為TCP_MISS/304，表示本地副本已過期，跟源伺服器進行校驗，發現源伺服器上資源未改變。於是，給瀏覽器返回304。

1477649429.105 11 127.0.0.1 TCP_MISS/304 258 GET http://127.0.0.1:3000/must-revalidate? - HIER_DIRECT/127.0.0.1-

用例3：緩存伺服器 已存在 資源副本，該資源副本 已過期，但源伺服器上 資源已改變

訪問地址：http://127.0.0.1:3000/must-re...

用chrome先後訪問該資源，其間間隔超過10s。第二次訪問時，chrome收到響應如下

squid日誌如下，狀態都是TCP_MISS/200，表示沒有命中緩存。

1477650702.807 8 127.0.0.1 TCP_MISS/200 325 GET http://127.0.0.1:3000/must-revalidate? - HIER_DIRECT/127.0.0.1 text/html1477651020.516 4 127.0.0.1 TCP_MISS/200 325 GET http://127.0.0.1:3000/must-revalidate? - HIER_DIRECT/127.0.0.1 text/html

對比結論

以下針對的都是瀏覽器第n次訪問資源。（n>1）

不考慮緩存伺服器

考慮緩存伺服器

寫在後面

經過一輪對比測試，發現no-cache、must-revalidate這兩個值還是蠻有意思的。實際上，由於篇幅原因，這裡還有一些內容尚未進行對比實驗。比如：

  • 當must-revalidate或no-cache跟max-stale一起使用時的表現。

  • no-cache跟max-age=0, mustvalidate的區別。

  • no-chche制定具體的欄位名時，跟不指明具體欄位名時，緩存校驗行為上的區別。

  • proxy-revalidate跟must-revalidate的區別。

  • 緩存伺服器本身優化演算法對實驗結果的影響。

對比實驗過程比較枯燥繁瑣，如有不嚴謹或錯漏的地方，敬請指出 :)

這裡留個經常會碰到的問題，供讀者探討：no-cache跟max-age=0, mustvalidate的區別。


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