缓存是什么？用node怎么实现？

浏览器缓存是前端优化的一个重要方向，通过缓存静态资源，可以减少页面的加载时间和减轻服务器负担，提高用户体验。本文将介绍浏览器缓存的基本原理和常见的缓存策略，并用 nodejs的 koa 框架下的代码实现。

缓存原理

浏览器缓存的基本原理是将静态资源（如 CSS、JavaScript、图片等）缓存到本地，当页面再次请求这些资源时，直接从本地获取，而不是重新从服务器下载。这可以减少页面的加载时间和减轻服务器负担，提高用户体验。

在 HTTP 协议中，浏览器缓存可以通过两种机制实现：强缓存和协商缓存。【相关教程推荐：nodejs视频教程】

强缓存

• Expires字段：

  • 值为服务端返回的到期时间，可能因为服务端和客户端时间不同而造成缓存命中误差

• Cache-Control（替代方案）

  • public：所有内容都被缓存（客户端和代理服务器都可被缓存）

  • private：只缓存到私有缓存中（客户端）

  • no-cache：与服务端确认返回的响应是否被更改，然后才能使用该响应来满足后续对同一个网址的请求。因此，如果存在合适的验证令牌 (ETag)，no-cache 会发起往返通信来验证缓存的响应，如果资源未被更改，可以避免下载。

  • no-store：值不缓存

  • must-revalidation/proxy-revalidation：如果缓存内容失效，则请求必须发送到服务器已进行重新验证

  • max-age=xxx：缓存内容在xxx秒后失效，这个选项只能在http1.1使用， 比last-Modified优先级更高

• last-Modified（上次修改日期）

  • last-Modified：保存于服务器中，记录该资源上次修改的日期（不能精确到秒，如果在数秒内多次修改，可能会导致错误命中缓存）

  • if-modified-since：保存于客户端中，请求被携带并与服务端的last-Modified比较，相同则直接命中缓存返回304状态码

koa实现强缓存

const Koa = require('koa');
const app = new Koa();

// 设置 expires方案
const setExpires = async (ctx, next) => {
  // 设置缓存时间为 1 分钟
  const expires = new Date(Date.now() + 60 * 1000);
  ctx.set('Expires', expires.toUTCString());
  await next();
}
// Cache-Control方案（优先执行）
const setCacheControl = async (ctx, next) => {
  // 设置缓存时间为 1 分钟
  ctx.set('Cache-Control', 'public, max-age=60');
  await next();
}
// Last-Modified方案
const setLastModified = async (ctx, next) => {
  // 获取资源最后修改时间
  const lastModified = new Date('2021-03-05T00:00:00Z');
  // 设置 Last-Modified 头
  ctx.set('Last-Modified', lastModified.toUTCString());
  await next();
}

const response = (ctx) => {
  ctx.body = 'Hello World';
}

// 跟Last-Modified方案相对应
const lastModifiedResponse = (ctx) => {
  // 如果资源已经修改过，则返回新的资源
  if (ctx.headers['if-modified-since'] !== ctx.response.get('Last-Modified')) {
    	response(ctx)
  } else ctx.status = 304;
}

app.get('/getMes', setExpires, response);

app.listen(3000, () => console.log('Server started on port 3000'));

协商缓存（浏览器和服务器通过一个值进行协商判断）

• Etag/if-None-Match

  • Etag：服务器根据请求的资源计算一个哈希值（也可以是其他算法，代表一个资源标识符） 并返回给浏览器，下次浏览器请求该资源时通过if-None-Match字段将Etag发送给服务器

• Last_Modified和if-Modified-Since

  • last-Modified：保存于服务器中，记录该资源上次修改的日期（不能精确到秒，如果在数秒内多次修改，可能会导致错误命中缓存）

  • if-modified-since：保存于客户端中，请求被携带并与服务端的last-Modified比较，相同则直接命中缓存返回304状态码

协商缓存ETag和Last-Modified区别：

• ETag 是服务器为资源分配的唯一标识符，而 Last-Modified 是服务器报告的资源的最后修改时间。

• ETag 可以使用任何算法生成，例如哈希，而 Last-Modified 只能使用特定的时间格式（GMT）。

• ETag 的比较是强验证器（exact-match validator），需要完全匹配，而 Last-Modified 的比较是弱验证器（weak validator），只需要在同一秒钟内相同即可。

• ETag 适用于所有类型的资源，而 Last-Modified 只适用于不常更改的资源，例如图片、视频等。

对于经常更新的资源，ETag 更适合，因为它可以更准确地检测资源是否已经被修改；而对于不经常更新的资源，Last-Modified 更适合，因为它可以减少服务器负载和网络流量。

koa实现协商缓存

const Koa = require('koa');
const app = new Koa();

// 设置 eTag方案
const setExpires = async (ctx, next) => {
  // 设置缓存时间为 1 分钟
  const maxAge = 60;
  ctx.set('Cache-Control', `public, max-age=${maxAge}`);
  // 设置 ETag 头
  const etag = 'etag-123456789';
  ctx.set('ETag', etag);

  await next();
}
// Last-Modified方案
const setLastModified = async (ctx, next) => {
  // 设置缓存时间为 1 分钟
  const maxAge = 60;
  ctx.set('Cache-Control', `public, max-age=${maxAge}`);
  // 设置 Last-Modified 头
  const lastModified = new Date('2021-03-05T00:00:00Z');
  ctx.set('Last-Modified', lastModified.toUTCString());

  await next();
}

const response = (ctx) => {
  ctx.body = 'Hello World';
}

// 跟Etag方案对应
const etagResponse = (ctx) => {
  // 如果 ETag 头未被修改，则返回 304
  if (ctx.headers['if-none-match'] === ctx.response.get('ETag')) {
    ctx.status = 304;
  } else ctx.body = 'Hello World';
}
// 跟Last-Modified方案相对应
const lastModifiedResponse = (ctx) => {
  // 如果资源已经修改过，则返回新的资源
  if (ctx.headers['if-modified-since'] !== ctx.response.get('Last-Modified')) {
    	response(ctx)
  } else ctx.status = 304;
}

app.get('/getMes', setExpires, response);

app.listen(3000, () => console.log('Server started on port 3000'));

koa使用哈希计算Etag值：

const Koa = require('koa');
const crypto = require('crypto');

const app = new Koa();

// 假设这是要缓存的资源
const content = 'Hello, world!';

app.use(async (ctx) => {
  // 计算资源的哈希值
  const hash = crypto.createHash('md5').update(content).digest('hex');

  // 设置 ETag 头
  ctx.set('ETag', hash);

  // 判断客户端是否发送了 If-None-Match 头
  const ifNoneMatch = ctx.get('If-None-Match');
  if (ifNoneMatch === hash) {
    // 如果客户端发送了 If-None-Match 头，并且与当前资源的哈希值相同，则返回 304 Not Modified
    ctx.status = 304;
  } else {
    // 如果客户端没有发送 If-None-Match 头，或者与当前资源的哈希值不同，则返回新的资源
    ctx.body = content;
  }
});

app.listen(3000);

缓存执行流程：

• 强缓存未失效，从缓存中读取数据，cache-control优先级高于last-Modified

• 强缓存失效，执行协商缓存，Etag的优先级会高于last-Modified

• 缓存未失效服务器返回304状态码，客户端从缓存中读取数据

• 缓存已失效则返回资源和200状态码

强缓存和协商缓存的使用？

强缓存通常在浏览器中缓存静态资源（如 CSS、JavaScript、图片等），以减少页面的加载时间和减轻服务器负担。

协商缓存通常用于缓存动态资源（如 HTML 页面、API 数据等），以减少服务器的负担和网络带宽的消耗。

在实际应用中，强缓存和协商缓存可以单独使用或一起使用。对于一些静态资源，可以只使用强缓存；对于一些动态资源，可以只使用协商缓存；对于一些经常变化的资源，可以使用强缓存和协商缓存结合使用，既可以减少服务器的负担，也可以保证及时获取到最新的资源。

结语

虽然是用后端nodejs实现，但是我认为前端也应该多多少少了解一下这方面的知识，以便于后端更好的进行交互。后面会讲前端如何实现？

更多node相关知识，请访问：nodejs 教程！