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使用缓存会带来巨大的性能提升,还能节省带宽、减少服务端开销,但很多网站对缓存一知半解,让相互依赖的资源出现竞态条件,从而无法同步更新。
使用缓存的最佳实践大体上可以归纳为这两种模式:
Cache-Control: max-age=31536000
页面:嘿,我需要 "/script-v1.js"、"/styles-v1.css" 和 "/cats-v1.jpg"。(10:24)
缓存:我这儿都没有。 服务端,你有么?(10:24)
服务端:当然,给你。对了 缓存,把这些资源存起来,一年之内直接用吧。(10:25)
缓存:多谢!(10:25)
页面:赞哦!(10:25)
页面:嘿,这次我要 "/script- v2.js"、"/styles- v2.css" 和 "/cats-v1.jpg"。(08:14)
缓存:我只有其中一个,先拿去用,剩下的我没有。 服务端,看看?
服务端:好,给你新的 CSS 和 JS 文件。对了 缓存,这些你也留着用一年吧。(08:15)
缓存:超赞!(08:15)
页面:多谢!(08:15)
缓存:嗯,"/script-v1.js" 和 "/styles-v1.css" 有一阵子没被用到。我决定删掉它们。(12:32)
在这种模式中,绝对不会修改某个 URL 的内容,只会改变 URL 本身:
<script src="/script-f93bca2c.js"><link rel="stylesheet" href="/styles-a837cb1e.css"><img src="/cats-0e9a2ef4.jpg" alt="…">
上面每个 URL 都包含了与文件内容同步修改的部分。这部分可以是版本号、修改时间,或者是文件内容的 MD5 —— 我的博客就是这么干的。
大部分服务端框架都有对应工具来轻松完成这项工作(我在用 Django 的 ManifestStaticFilesStorage),还有一些很轻量的 Node.js 库可以实现同样功能,例如 gulp-rev。
但是,文章或博客详情这类 HTML 页面不适用于这种模式。这些页面 URL 不能包含版本号,页面内容还必须能修改。尤其是发现有拼写错误或语法错误后,需要快速频繁地更新。
Cache-Control: no-cache
页面:嘿,我需要 "/about/" 和 "/sw.js" 两份资源。(11:32)
缓存:我搞不定。 服务端,看看?(11:32)
服务端:哈,我有,给你。 缓存,你可以自己存一份,但用之前要先问我哈。(11:33)
缓存:明白!(11:33)
页面:多谢!(11:33)
页面:我又想要 "/about/" 和 "/sw.js"。(9:46)
缓存:等一下。 服务端,我能直接用我本地的副本吗?在我这儿,"/about/" 最后修改于周一,"/sw.js" 最后修改于昨天。(9:46)
服务端:"/sw.js" 在那之后就没改过呢。(9:47)
缓存:赞! 页面,给你 "/sw.js"。(9:47)
服务端:但 "/about/" 改过,我给你最新的版本。 缓存,跟之前一样,你可以自己存一份,但用之前要先问我~(9:47)
缓存:了解!(9:47)
页面:赞噢!(9:47)
注: no-cache并不是说「不缓存」,它意味着使用缓存前必须检查(或者说 验证)这个资源在服务端是否有更新。 no-store用来告知浏览器完全不要缓存这个资源。类似的, must-revalidate并不是说「每次都要验证」,它意味着某个资源在本地已缓存时长短于 max-age指定时长时,可以直接使用,否则就要发起验证。好,这下明白了。
这种模式下,也可以给资源响应加上 ETag(资源的版本 ID)、 Last-Modified时间这两个头部。下次客户端请求这些资源时,会通过 If-None-Match或 If-Modified-Since这两个请求头带上之前的值,这样服务端就可以返回「直接用你之前缓存的版本吧,它们是最新的」,换成行话就是「HTTP 304」。
如果服务端没办法发送 ETag/ Last-Modified头部,那每次都需要发送完整的响应内容。
这种模式下,每次都会产生网络请求,所以它没有能节省网络请求的模式一好。
模式一被基础设施影响,模式二被网络请求影响,都是常见的事儿。所以又有了中间方案:给可变内容加上短一点的 max-age。这个折中方案太太太糟糕了。
不幸的是这种做法并不罕见,Github pages 当前就是这样。
假设这样三个资源:
都有这样的响应头:
Cache-Control: must-revalidate, max-age=600
页面:嘿,我需要 "/article/"、"/script.js" 和 "/styles.css"。(10:21)
缓存:我这里没有, 服务端?(10:21)
服务端:没问题,给你。对了 缓存,这些资源你可以存 10 分钟。(10:22)
缓存:明白!(10:22)
页面:多谢!(10:22)
页面:嘿,我又想要 "/article/"、"/script.js" 和 "/styles.css"。(10:28)
缓存:天哪,真抱歉,我把 "/styles.css" 给弄丢了,其它的都有,先给你。 服务端,你能再把 "/style.css" 发给我吗?(10:28)
服务端:当然可以,实际上它在你上次请求之后发生了改变。同样,你又可以把它缓存 10 分钟。(10:29)
缓存:没问题。(10:29)
页面:多谢!等等!彻底挂了!!发生什么啦?(10:29)
这种场景在测试环境可以构造出来,但在真实环境中难复现,也难追查。在上述例子中,实际上服务端同时更新了 HTML、CSS 和 JS,但是页面最终从缓存中拿到旧的 HTML 和 JS,并从服务端拿到最新的 CSS。版本不匹配导致功能异常。
通常,当我们对 HTML 改动很大时,很可能 CSS 需要为新结构作出调整,JS 也需要配合 CSS 和 HTML 改动而进行相应修改。这些资源相互依赖,但无法通过缓存头反映出来。最终页面可能会拿到一部分新资源,一部分旧资源。
max-age是响应时间的相对值,某个页面上的所有资源请求,会被设置在大致相同的时间后失效,但仍有小概率出现竞争。如果你有一些不包含 JS、或包含不同 CSS 的页面,过期时间可以不同步。更为糟糕的是,浏览器一直都在淘汰缓存的资源,它不可能知道某些 HTML、CSS 和 JS 相互有依赖,所以会出现部分淘汰的情况。综上所述,最终页面拿到版本不匹配的资源并非不可能发生。
对于用来来说,这会破坏页面布局和/或功能,从小问题到大事故都有可能发生。
谢天谢地,我们有个解决方案。。。
刷新页面,会让浏览器向服务端发起验证,忽略 max-age。所以如果用户对 max-age的这个问题很有经验的话,点击刷新按钮就能解决一切问题。当然,要求用户这样做会降低用户对你的信任,会让用户觉得你的网站很不稳定。
假设有下面这样的 service worker 代码:
const version = '2';self.addEventListener('install', event => { event.waitUntil( caches.open(`static-${version}`) .then(cache => cache.addAll([ '/styles.css', '/script.js' ])) );});self.addEventListener('activate', event => { // …delete old caches…});self.addEventListener('fetch', event => { event.respondWith( caches.match(event.request) .then(response => response || fetch(event.request)) );});
这个 service worker:
修改 CSS/JS 时,我们需要同步修改 version,用来让 service worker 缓存失效,触发更新。然而,因为 addAll会从 HTTP 缓存中获取资源(跟其它请求一样),我们又有可能遇上 max-age竞态条件,从而缓存相互不兼容的 CSS 和 JS 版本。
而一旦它们被缓存,意味着直到下次更新 service worker 之前,页面都会访问到不兼容的 CSS 和 JS —— 这还是假设下次更新不出现竞争的情况。
你也可以在 service worker 里绕过 HTTP 缓存:
self.addEventListener('install', event => { event.waitUntil( caches.open(`static-${version}`) .then(cache => cache.addAll([ new Request('/styles.css', { cache: 'no-cache' }), new Request('/script.js', { cache: 'no-cache' }) ])) );});
不幸的是当前 Chrome/Opera都不支持 cache选项,只有 最新的 Firefox Nightly才支持,当然你也可以自己解决:
self.addEventListener('install', event => { event.waitUntil( caches.open(`static-${version}`) .then(cache => Promise.all( [ '/styles.css', '/script.js' ].map(url => { // cache-bust using a random query string return fetch(`${url}?${Math.random()}`).then(response => { // fail on 404, 500 etc if (!response.ok) throw Error('Not ok'); return cache.put(url, response); }) }) )) );});
上面代码通过加随机数的方式绕过了缓存,也可以更进一步,利用构建工具自动添加文件内容 MD5(类似于 sw-precache所做的工作)。这有点像在 JavaScript 中实现了模式一,但是只能让 service worker 受益,不包括浏览器和 CDN。
如你所见,我们可以用一些技巧来改善 service worker 中的缓存,但更好的做法是从源头解决问题。正确使用 HTTP 缓存不但可以简化 service worker 逻辑,还可以让那些不支持 service worker 的浏览器获益(Safari、IE/Edge),也能用好 CDN。
正确配置缓存响应头意味着可以大幅简化 service worker 的更新逻辑:
const version = '23';self.addEventListener('install', event => { event.waitUntil( caches.open(`static-${version}`) .then(cache => cache.addAll([ '/', '/script-f93bca2c.js', '/styles-a837cb1e.css', '/cats-0e9a2ef4.jpg' ])) );});
在这个例子中,我使用模式二(可变内容,每次都走服务端验证)缓存 HTML 页面;其它资源使用了模式一(不变内容 + 长时间 max-age)缓存。每次 service worker 更新都会触发 HTML 页面请求,而其它资源只有在 URL 发生变化时才会再次下载。这非常棒,无论是从上个版本还是上十个版本更新都能节省带宽、提高性能。
相比有细微改动整个二进制文件就要重新下载,或者要实现复杂的二进制 diff 的原生应用,这是一个巨大的优点。只需要少量下载,就可以更新大型 Web 应用。
service worker 最好用于局部增强而不是提供整套方案,它应该与 HTTP 缓存配合使用,而不是相互打架。
给经常改变的内容设置 max-age通常是错误的选择,但也不全是。现在你看到的这个页面(译者注:指原文页面)就设置了三分钟的 max-age。在这里竞态条件不是问题,因为这个页面不依赖任何使用同样缓存模式的资源(我的 CSS、JS 及图片都属于模式一:不变内容),也不被其它使用同样缓存模式的页面所依赖。
这种模式意味着,如果我足够幸运写了一篇大受欢迎的文章,我的 CDN(Cloudflare)会帮我的服务器抗住流量,只要我能接受修改文章要等三分钟才能被用户看到,我确实可以接受。
这种模式用起来也没那么容易。如果我给一篇文章增加了一段内容,再在另外一篇文章中指向它,我就在页面之间创建了会引入竞争的依赖关系。用户可能点击链接后看到的是不包含新增内容的缓存副本。要避免这种问题发生,我必须在更新文章后,去 Cloudflare 的控制台刷新这篇文章的缓存,等三分钟再在其它文章加上指向它的链接。是的,你必须非常小心地使用这种模式。
只要用法恰当,缓存能极大的提升性能、节省带宽。让不变内容可以轻松改变 URL,让可变内容走服务端验证。如果你很勇敢,当你能确认你的内容既不依赖别人也不被别人依赖时,才针对可变内容使用 max-age,因为它可能无法同步更新。