Web缓存基础知识：术语，HTTP标头和缓存策略

介绍

智能内容缓存是改善网站访问者体验的最有效方法之一。 缓存或临时存储来自先前请求的内容是在HTTP协议内实现的核心内容递送策略的一部分。 整个传递路径中的组件可以全部缓存项目，以加速后续请求，服从为内容声明的缓存策略。

在本指南中，我们将讨论Web内容缓存的一些基本概念。 这将主要涵盖如何选择缓存策略，以确保Internet上的缓存可以正确处理您的内容。 我们将讨论缓存提供的好处，需要注意的副作用，以及采用不同的策略来提供性能和灵活性的最佳组合。

什么是缓存？

缓存是存储可重用响应的术语，以便使后续请求更快。 有许多不同类型的缓存可用，每个都有自己的特点。 应用程序高速缓存和存储器高速缓存都是受欢迎的，因为它们能够加速某些响应。

Web缓存，本指南的重点，是一种不同类型的缓存。 Web缓存是HTTP协议的核心设计特征，旨在最小化网络流量，同时提高系统整体的感知响应速度。 在从原始服务器到浏览器的内容的每个级别都找到高速缓存。

Web缓存通过根据特定规则缓存请求的HTTP响应来工作。 然后可以从更接近用户的缓存中完成缓存内容的后续请求，而不是将请求一直发送回web服务器。

好处

有效的缓存有助于内容消费者和内容提供商。 缓存带来的内容交付的一些好处是：

• 降低网络成本 ：内容可以在内容消费者和内容原点之间的网络路径的各个点进行高速缓存。 当内容被缓存到更接近消费者时，请求不会在缓存之外引起额外的网络活动。
• 提高响应速度 ：高速缓存允许的内容，因为整个网络往返不必检索速度更快。 缓存维持靠近用户，就像浏览器缓存一样，可以使得此检索几乎是瞬时的。
• 在相同的硬件增强的性能 ：对于其中内容始发服务器，更性能可以从相同的硬件通过允许积极的缓存挤压。 内容所有者可以利用沿着传递路径的强大的服务器来承受某些内容负载的首当其冲。
• 的过程中网络中断内容状况 ：对于某些策略，高速缓存可用于提供内容给最终用户，即使它可能是从原点服务器短时间内无法使用。

术语

在处理缓存时，有几个可能会遇到的可能不熟悉的术语。 一些更常见的如下：

• 原始服务器 ：源服务器是内容的原始位置。 如果您充当Web服务器管理员，则这是您控制的计算机。 它负责提供无法从请求路由的缓存中检索的任何内容，并负责为所有内容设置缓存策略。
• 缓存的命中率 ：高速缓存的成效是在它的缓存命中率和命中率来衡量。 这是能够从高速缓存检索的请求与所请求的总请求的比率。 高缓存命中率意味着可以从缓存检索到高百分比的内容。 这通常是大多数管理员的预期结果。
• 新鲜度 ：新鲜度是用来描述缓存中的项目是否仍然被认为是候选服务到客户端的一个术语。 高速缓存中的内容将仅用于在高速缓存策略指定的新鲜时间框架内进行响应。
• 过时内容 ：在高速缓存项根据在缓存策略高速缓存新鲜度设置过期。 过期内容是“陈旧”。 一般来说，过期的内容不能用于响应客户端请求。 必须重新联系原始服务器以检索新内容，或至少验证缓存的内容是否仍准确。
• 验证 ：在高速缓存陈旧项可以以刷新其过期时间进行验证。 验证涉及检查原始服务器，以查看缓存的内容是否仍然表示项目的最新版本。
• 无效 ：无效是其指定到期之前除去从缓存内容的过程。 如果项目在源服务器上更改，并且缓存中的过期项目会对客户端造成严重问题，则这是必需的。

有很多其他缓存术语，但上面的那些应该可以帮助你开始。

什么可以缓存？

某些内容比其他内容更容易缓存。 一些非常缓存友好的内容对于大多数网站是：

• 标志和Branded形象
• 一般的非旋转图像（例如导航图标）
• 样式表
• 一般的Javascript文件
• 可下载的内容
• 媒体文件

这些往往很少改变，所以他们可以受益于缓存更长的时间。

在缓存中必须小心的一些项目是：

• HTML页面
• 旋转图像
• 经常修改的Javascript和CSS
• 使用验证Cookie请求的内容

几乎从不缓存的一些项目是：

• 与敏感数据相关的资产（银行信息等）
• 用户特定且频繁更改的内容

除了上述一般规则之外，还可以指定允许您适当缓存不同类型内容的策略。 例如，如果已通过身份验证的用户都看到您网站的相同视图，则可以在任何位置缓存该视图。 如果已通过身份验证的用户看到网站的用户敏感视图将在一段时间内有效，您可以告诉用户的浏览器缓存，但告诉任何中间缓存不要存储视图。

缓存Web内容的位置

内容可以在整个交付链中的许多不同点缓存：

• 浏览器缓存 ：Web浏览器本身保持一个小缓存。 通常，浏览器设置指示要缓存的最重要项目的策略。 这可以是用户特定的内容或被认为下载昂贵并且可能再次被请求的内容。
• 中介缓存代理 ：在客户端与您的基础架构可以根据需要缓存某些内容之间的任何服务器。 这些高速缓存可以由ISP或其他独立方维护。
• 反向缓存 ：您的服务器基础设施可以实现自己的缓存为后端服务。 这样，内容可以从联系点提供，而不是在每个请求后端到后端服务器。

这些位置中的每一个可以并且通常根据它们自己的高速缓存策略和在内容源处设置的策略来高速缓存项目。

缓存标题

缓存策略依赖于两个不同的因素。 缓存实体本身决定是否缓存可接受的内容。 它可以决定缓存少于允许缓存，但永远不会更多。

大多数缓存行为由缓存策略确定，缓存策略由内容所有者设置。 这些策略主要通过使用特定的HTTP头来表达。

通过HTTP协议的各种迭代，几个不同的缓存聚焦头部出现了不同级别的复杂性。 你可能还需要注意的那些如下：

• Expires ：本Expires头是非常直接的，虽然在范围相当有限。 基本上，它设置了未来内容将过期的时间。 在这一点上，对相同内容的任何请求将必须返回到源服务器。 这个标题可能最好只用作后退。
• Cache-Control ：这是更现代更换为Expires头。 它被很好地支持，并实现了更灵活的设计。 在几乎所有情况下，这是最好Expires ，但它可能不会伤害同时设置值。 我们将讨论您可以设置的选项具体Cache-Control稍后。
• Etag ：本Etag头用于缓存验证。 来源可以提供独特的Etag一个项目时，它最初提供的内容。 当高速缓存需要验证它手头到期后的内容，它可以发送回Etag它的内容。 原点要么告诉缓存该内容是相同的，或发送更新的内容（具有新的Etag ）。
• Last-Modified ：此标头指定该项目被修改的最后一次。 这可以用作确认新内容的验证策略的一部分。
• Content-Length ：虽然没有具体参与缓存的Content-Length的头是很重要的定义缓存策略时设置。 某些软件将拒绝缓存内容，如果它不知道高级内容的大小，它将需要预留空间。
• Vary ：一个高速缓存通常使用的请求的主机和路径对资源与其中存储高速缓存项的键。 该Vary头可以用来告诉缓存决定请求是否是同一项目时，要注意额外的头。 这是最常用的告诉由缓存关键的Accept-Encoding头为好，这样缓存就知道了压缩和非压缩的内容之间的差异。

关于变化头

该Vary头为您提供存储不同版本的同一内容在高速缓存中稀释项费用的能力。

在的情况下， Accept-Encoding ，设置Vary头允许一个关键区别采取压缩和非压缩内容之间的地方。 这是需要正确地服务这些项目到不能处理压缩内容的浏览器，是必要的，以提供基本的可用性。 告诉你一个特点Accept-Encoding可能是一个很好的候选人Vary是它只有两个或三个可能的值。

像项目User-Agent乍一看似乎是移动和桌面浏览器之间的区别来服务不同版本的网站的一个好办法。 然而，由于User-Agent字符串是非标准的，其结果很可能会在中介缓存相同内容的多个版本，以非常低的缓存命中率。 该Vary头应谨慎使用，特别是如果你没有正常化您控制中间缓存的要求（这是可能的，举例来说，如果你利用内容分发网络）的能力。

缓存控制标记如何影响缓存

上面我们提到的如何Cache-Control头被用于现代高速缓存策略规范。 可以使用此报头设置多个不同的策略指令，多个指令由逗号分隔。

一些Cache-Control你可以用它来决定你的内容的缓存策略选项是：

• no-cache ：该指令规定，任何缓存的内容必须在每个请求重新验证被送达给客户端之前。 这实际上将内容标记为立即失效，但允许它使用重新验证技术，以避免重新下载整个项目。
• no-store ：该指令指示该内容不能以任何方式被缓存。 这适合于设置如果响应表示敏感数据。
• public ：这标志着内容作为公开的，这意味着它可以由浏览器和任何中间缓存被缓存。 对于使用HTTP认证请求，响应标志着private默认。 此标头覆盖该设置。
• private ：这标志着内容为private 。 私人内容可由用户的浏览器被储存，但必须不被任何中间方被高速缓存。 这通常用于特定于用户的数据。
• max-age ：该设置配置之前，必须重新验证或重新下载从源服务器的内容的内容可能会被缓存的最大年龄。 在本质上，这取代了Expires现代浏览头和用于确定一块内容的新鲜度的基础。 此选项的值为秒，最大有效新鲜时间为一年（31536000秒）。
• s-maxage ：这是非常相似的max-age设置，因为它表明该内容可以被高速缓存的时间量。 区别在于，此选项仅适用于中间高速缓存。 将这与上述相结合允许更灵活的策略构造。
• must-revalidate ：这表明，所指示的新鲜信息max-age ， s-maxage或Expires头必须严格遵守。 过时的内容无法在任何情况下提供。 这防止在网络中断和类似情况下使用缓存的内容。
• proxy-revalidate ：该操作与上述相同的设置，但只适用于中介代理。 在这种情况下，用户的浏览器可以潜在地用于在网络中断的情况下提供陈旧的内容，但是中间高速缓存不能用于此目的。
• no-transform ：这个选项告诉缓存，他们不允许修改在任何情况下性能的原因接收到的内容。 这意味着，例如，缓存不能发送它没有从源服务器接收的压缩版本的内容，并且不被允许。

这些可以以不同的方式组合以实现各种缓存行为。 一些互斥值是：

• no-cache ， no-store ，和普通缓存行为由没有任何表示
• public和private

在no-store选项取代了no-cache如果两者都存在。 对于未经身份验证的请求的响应， public是隐含的。 对于通过身份验证的请求的响应， private是隐含的。 这些可以通过在相反的选项覆盖Cache-Control头。

制定缓存策略

在一个完美的世界中，一切都可以被积极地缓存，并且只会联系您的服务器来偶尔验证内容。 这在实践中通常不会发生，所以你应该尝试设置一些完全缓存策略，旨在实现长期缓存和响应变化的网站的需求之间取得平衡。

常见问题

在许多情况下，由于内容如何产生（每个用户动态生成）或内容的性质（例如敏感的银行信息），缓存不能或不应该被实现。 许多管理员在设置缓存时所面临的另一个问题是，即使新版本已发布，较旧版本的内容仍旧在旧版本中，但尚未失效。

这些都是经常遇到的问题，可能会严重影响缓存性能和正在提供的内容的准确性。 然而，我们可以通过开发预测这些问题的缓存策略来缓解这些问题。

一般建议

虽然您的情况将决定您使用的缓存策略，以下建议可以帮助您指导一些合理的决策。

您可以采取一些步骤来增加缓存命中率，然后再担心您使用的特定标头。 一些想法是：

• 建立特定的目录为图像，CSS和共享内容 ：内容放置到专门的目录可以让你轻松地从任何页面引用它们在网站上。
• 使用相同的URL来指代相同的项目 ：由于缓存键关闭主机和路径请求的内容都有，保证您参考您的内容以同样的方式对您的所有网页。 以前的建议使这显得更容易。
• 使用CSS图像精灵在可能的情况 ：像图标和导航项目CSS图像精灵减少需要渲染你的网站，让您的网站来缓存单个Sprite长时间的往返次数。
• 主持人脚本和外部资源的本地在可能的情况 ：如果您使用的JavaScript脚本和其他外部资源，可以考虑在自己的服务器托管这些资源如果不被上游提供正确的头。 请注意，您必须了解对上游资源所做的任何更新，以便您可以更新本地副本。
• 指纹缓存项目 ：对于象CSS和JavaScript文件的静态内容，它可能是适当的指纹的每个项目。 这意味着向文件名（通常是文件的散列）添加唯一标识符，以便如果资源被修改，则可以请求新的资源名称，从而导致请求正确地绕过缓存。 有许多工具可以帮助创建指纹和修改在HTML文档中对它们的引用。

在为不同项目选择正确标题方面，以下内容可作为一般参考：

• 允许所有的缓存来存储通用资产 ：静态内容和内容是不特定用户可以而且应该在交货过程中的所有点缓存。 这将允许中间高速缓存用多个用户的内容进行响应。
• 允许的浏览器高速缓存用户特定资产 ：对于每个用户的内容时，它常常是可以接受的，有用的，以允许在用户的浏览器内的缓存。 虽然此内容不适合缓存在任何中间缓存代理上，但浏览器中的缓存将允许在后续访问期间为用户即时检索。
• 作出必要的时间敏感内容的例外 ：如果你有内容，时间敏感，破例上述规则，使过时的内容不会在紧急情况下提供服务。 例如，如果您的网站有购物车，它应该立即反映购物车中的项目。 根据内容的性质， no-cache或no-store选项可以在被设置Cache-Control头部来实现这一点。
• 始终提供验证 ：验证器允许，而无需重新下载整个资源被刷新陈旧的内容。 设置Etag和Last-Modified头允许缓存，以验证他们的内容，并重新为它服务，如果它尚未在原点修改，进一步降低负荷。
• 设定得长新鲜次用于支撑内容 ：为了有效地利用高速缓存，所请求的配套内容履行请求要素应常常有很长的新鲜度设置。 这通常适合于像图像和CSS这样的项目，它们被拉入以呈现用户请求的HTML页面。 设置扩展的更新时间，结合指纹，允许缓存长时间存储这些资源。 如果资产改变，则修改的指纹将使缓存的项无效，并且将触发新内容的下载。 在此之前，支持项目可以被缓存到远处。
• 对于父内容设定得短新鲜次 ：为了使上述方案工作，包含项必须具有相对短的新鲜次，或者可以根本不被缓存。 这通常是在其他协助内容中调用的HTML页面。 HTML本身将被频繁下载，从而允许其快速响应改变。 然后可以积极地高速缓存支持内容。

关键是要达到一个平衡，有利于积极的缓存，尽可能地留下机会，以使未来的条目，当做出改变时无效。 您的网站可能包含以下内容的组合：

• 积极缓存的项目
• 具有较短新鲜时间和重新验证能力的缓存项
• 根本不应该缓存的项目

目标是在可能的情况下将内容移动到第一类，同时保持可接受的准确度水平。

结论

花时间确保您的网站具备适当的缓存策略，可对您的网站产生重大影响。 缓存允许您减少与重复提供相同内容相关的带宽成本。 您的服务器还将能够使用相同的硬件处理更大量的流量。 也许最重要的是，客户在您的网站上会有更快的体验，这可能会导致他们更频繁地返回。 虽然有效的网络缓存不是一个银弹，设置适当的缓存策略可以带来可衡量的收益与最少的工作。