CDN 缓存配置

摘要

我们都知道了CDN就是以空间换时间，从离用户最近的服务器返回资源给用户，从而达到缩短资源返回时间的目的。这过程中不得不提到缓存，有缓存这个副本存在于各地的服务器上，是上述目的可以完成的前提。针对不一样的业务，不一样的资源，用户可能希望有不一样的缓存行为。例如：哪些资源需要缓存，哪些不需要；经常变动的资源希望缓存时间较短，不常变动的资源缓存时间可以更长；CDN返回资源时希望资源的响应头如何给浏览器设置缓存行为等。本文主要介绍如何配置CDN缓存功能来符合业务场景，以及CDN缓存的工作流程。

CDN缓存概述

使用CDN加速静态资源时，CDN会将源站上的资源缓存到距离客户端最近的CDN节点上。当访问该静态资源时，可直接从CDN的缓存节点上获取，有效避免通过较长的链路回源，提高资源访问效率。

在本文中，将介绍如何通过合理配置CDN缓存功能来提升终端用户访问体验。这里先给出CDN缓存工作流程，可以后面的内容介绍完毕再回过头来看这个图会更好理解。

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缓存规则

缓存规则主要用于影响CDN的缓存行为，当收到用户请求时，CDN会根据缓存规则的优先级，由高到低依次将用户请求与缓存规则匹配。在匹配到一条规则后，CDN就会停止匹配其余的规则，以匹配到的规则为准。

如图，缓存规则有一条兜底策略，不允许删除、修改，且这条规则的优先级始终是最低的，用于确保任何文件都可以匹配到一条规则。通过后面的介绍，大家可以再回过头来看，规则匹配到的文件会被如何缓存。

匹配相关配置

• 优先级：表示规则的优先级，数字 1 的规则优先级最高。在收到请求时，CDN按规则的优先级，从高到低尝试将请求与规则匹配。如果请求匹配了某一条规则，CDN就停止匹配其余规则。
• 规则类型：选择一个缓存规则的类型，有三种选择：文件后缀 ：缓存规则应用于指定扩展名的所有文件；目录匹配 ：缓存规则应用于指定路径下的所有文件；文件全路径：缓存规则应用于那些指定的文件。
• 规则：根据指定的规则类型，设置文件匹配条件。如果规则类型是文件后缀，可以输入一个或者多个文件扩展名如 jpg ；如果规则类型是目录匹配，可以输入一个或者多个目录路径如 /dir ；如果 规则类型 是 文件全路径 ，可以输入一个或者多个文件路径，可以支持作为通配符，例如 **/dir/img/myfile.png**。

缓存相关配置

缓存优先策略	CDN 关联逻辑	缓存行为	缓存时长
CDN缓存	强制缓存（开）	忽略源站响应头的不缓存指示，始终缓存文件。	遵循规则中配置的 过期时间。
强制缓存（关）	不忽略源站响应头的不缓存指示。未指示缓存行为时，不缓存文件。
遵循源站	补充缓存（开）	遵循源站响应头的指示。未指示缓存行为时，缓存文件。	遵循响应头指示的缓存时长。未指示缓存行为时，遵循规则中配置的 过期时间。
补充缓存（关）	遵循源站响应头的指示。未指示缓存行为时，不缓存文件。	遵循响应头指示的缓存时长

强制缓存（开）

表中列出了不同配置对应的生效行为，可以看到，当设置强制缓存（开），无论源站的缓存行为如何配置，都始终对文件进行缓存。

需要注意的是，当存在以下情况下，无论缓存规则如何设置，都不会对源站响应的文件进行缓存：

• 源站响应中 Content-Length 头的值为 0。
• 用户请求所使用的方法既不是 GET 也不是 HEAD。
• 源站的响应状态码不是 2xx，并且未配置状态码缓存。
• 对于 HEAD 请求，源站响应中包含 Transfer-Encoding:chunked 响应头。

强制缓存（关）

当配置为强制缓存（关），可以理解为遵循源站设置的缓存行为，但缓存时间遵循配置的时间。为了更方便理解，详细来说就是除了下面两种情况，其他情况都会进行缓存：

• 源站响应包含 Cache-Control: no-store 或 Cache-Control: private头部。
• 源站响应不包含 Cache-Control 和 Expires 头部。

补充缓存（开）

当配置为遵循源站（开），可以理解为遵循源站设置的缓存行为，但如果源站没有设置缓存行为时，CDN会缓存文件。且缓存时间也优先遵循源站中的配置，若源站没有指定缓存行为则遵循配置中的缓存时间。详细来说就是除了下面两种情况，其他情况都不会进行缓存：

• 源站响应包含 Cache-Control: max-age 或 Expires 头部。
• 源站响应不包含 Cache-Control 和 Expires 头部。

补充缓存（关）

当配置为遵循源站（开），则一切配置都遵循源站，只有当源站配置了缓存行为，CDN才会对文件进行缓存。也就是只有源站响应包含 Cache-Control: max-age 或 Expires 头部的情况下才会缓存，且缓存时间也永远遵循源站配置。

在以下情况下，除非指定 强制缓存（开） ，CDN都不会缓存指定的文件：

• 源站响应包含 Cache-Control: max-age = 0 头部或者包含的 Expires 头部所指示的时间早于当前时间。

回源校验

当收到用户请求时，CDN根据优先级匹配规则，根据匹配的规则会有以下某个指示：

• 不缓存文件。此时，CDN直接向源站请求该文件。在收到文件后，CDN将该文件响应用户请求，不会缓存该文件。

• 文件需要被缓存。此时，CDN会根据 缓存键值规则 ****检查请求是否命中了缓存。检查结果如下之一：

  • 请求命中了缓存，且缓存的文件未过期。此时，CDN将缓存中的文件响应用户请求。
  • 请求命中了缓存，但是缓存中的文件已过期。此时，CDN会进行回源 校验。
  • 请求未命中缓存。此时，CDN会向源站请求该文件。在收到文件时，CDN将该文件响应用户请求，同时根据该缓存规则的指示缓存该文件。

其他过程都比较清晰，这里主要介绍一下回源校验的流程。当一个缓存文件过期后，如果收到了该文件的请求，CDN会向源站校验该文件是否有更新。回源校验的流程如下：

• 如果该文件的源站响应包含 Last-Modified 字段或者 ETag 头部，CDN会在回源请求中包含用于文件校验的头部。ETag 的优先级高于 Last-Modified。

  • 如果源站响应包含 ETag，回源校验请求中会包含 If-None-Match 头部。该头部的值就是 ETag 的值。
  • 如果 ETag 不存在但是 Last-Modified 存在，回源校验请求中会包含 If-Modified-Since 头部。该头部的值就是 Last-Modified 的值。

• 如果缓存文件的源站响应中既没有包含 Last-Modified，也没有包含 ETag 头部，内容分发网络就直接向源站请求该文件。在收到文件后，内容分发网络会将文件响应用户请求并缓存该文件。

• 关于源站的响应状态码：

  • 如果状态码是 304，表示该文件在源站没有更新。此时，CDN将缓存的文件响应用户请求。
  • 如果状态码是 200，表示该文件在源站有更新并且响应正文中包含了最新的文件。此时，CDN会将更新的文件响应用户请求并在缓存中替换已有的文件。
  • 无论哪种结果，都会重置过期时间。

一个简单的例子

• 测试源站：demo-test.bytedance.com，端口8888 （这里地址和端口为示例，涉及内部信息不放真实地址和端口）
• 源站文件：demo-test.bytedance.com/ignorecase/smoke.jpg，是一个没有Cache-Control 也没有Expires响应头的文件
• 配置加速域名www.wymtest.com，且源站配置为上述源站

1. 当没有配置缓存规则时，访问www.wymtest.com/ignorecase/smoke.jpg，在终端中输入：curl -x xxx.xxx.xxx.xxx:xxxx（这里没有注册dns，需要代理服务器） -sv www.wymtest.com/ignorecase/...

   1. 得到结果：响应头中没有Cache-Control 也没有Expires，且x-response-cache: miss。(图太长了，只截图部分)
   2. 

2. 配置缓存规则为如图

   1. 
   2. 待配置生效后，再次执行curl -x xxx.xxx.xxx.xxx:xxxx -sv www.wymtest.com/ignorecase/...
   3. 这时返回的其他内容都跟第一次一样，不同的是响应头Age：2，说明这次请求后，文件被缓存了，且返回的是被缓存的文件，文件缓存时间与文件响应时间之间相差2s。
   4. 
   5. 

3. 快速再次执行curl -x xxx.xxx.xxx.xxx:xxxx -sv www.wymtest.com/ignorecase/...

   1. 这时返回响应头的Age变成了6，当响应返回时，缓存已经存在6s。且x-response-cache返回edge_hit，说明直接命中缓存，并返回缓存。
   2. 
   3. 

缓存键值

缓存键是每个在缓存中的文件的唯一标识。在收到一个用户请求时，CDN会对请求生成一个缓存键。默认情况下，缓存键包含 Host、路径、查询参数。例如，www.example.com/image.png?version=1。然后CDN会尝试将该缓存键与缓存文件的缓存键相匹配，匹配时缓存键是大小写敏感的。

• 如果找到一个匹配，则表示缓存命中，CDN将缓存的文件发送给用户。
• 如果未找到匹配，则表示缓存未命中，CDN会向源站请求该文件。在收到该文件后，CDN会使用该缓存键来缓存文件。

缓存键值配置的目的就是指示CDN在对请求生成缓存键时，缓存键中包含哪些请求 URI 中的查询参数。由于生成的缓存键会被CDN用来匹配缓存的文件，因此缓存键值规则会直接影响缓存命中率。同样，缓存键值也有一条兜底策略。

参数缓存类型

参数缓存类型	行为	指定参数
保留全部参数	包含请求 URI 中全部的查询参数	该配置的值必须是 *，* 表示全部查询参数。
删除全部参数	不包含任何的查询参数。
删除部分参数	包含除了指定参数以外全部的查询参数。	可以指定一个或者多个查询参数，但是不能指定 *。
保留部分参数	包含指定的查询参数。

如果站点上文件 URI 中的某些查询参数并不是用来区分文件的，可以通过创建缓存键规则来指定CDN在生成的缓存键值中需要丢弃的查询参数，以提高缓存命中率，减少回源请求。

站点根目录下的文件 URI 中包含 version，token 这两个参数。这两个参数中，只有 version 是用来区分文件的。例如 /image.png?version=1 与 /image.png?version=2 是两个不同的文件。但是 /image.png?version=1&token=abc 与 /iamge.png?version=1&token=xyz 是相同的文件。CDN先后收到两个该文件的请求。请求的 URI 分别是 /image.png?version=1&token=12345 和 /image.png?version=1&token=abcde。

如果未配置缓存键值，在收到第一个请求时，内容分发网络缓存该文件。该文件在缓存中的缓存键是 /image.png?version=1&token=12345。在收到第二个请求时，内容分发网络会使用 /image.png?version=1&token=abcde 去匹配缓存中的文件。由于没有命中缓存，内容分发网络会向源站请求该文件。

思考：如何配置缓存键值可以使得两个请求都命中缓存。

一个简单的例子

仍然用前面的文件来实验，通过前面的配置/ignorecase/smoke.jpg这个文件已经被缓存。

1. 执行：curl -x xxx.xxx.xxx.xxx:xxxx -sv www.wymtest.com/ignorecase/...

   1. 得到结果：未命中缓存
   2. 

2. 配置缓存键值为如图

   1. 
   2. 执行：curl -x xxx.xxx.xxx.xxx:xxxx -sv www.wymtest.com/ignorecase/...
   3. 得到结果：命中缓存
   4. 

状态码缓存

在回源时，如果源站的响应状态码不是 2xx，缓存节点默认不会缓存请求的内容。如果另一个用户请求相同的内容时，还是会触发回源。如果用户希望在短时间内避免这些内容的回源，可以通过配置状态码缓存来降低源站压力。在配置了状态码缓存后，在指定的时间内，如果缓存节点收到了上述情况的内容的访问请求，缓存节点不会回源，而是直接返回状态码。

一个简单的例子

1. 我们来访问一个不存在的资源，执行：curl -x xxx.xxx.xxx.xxx:xxxx -sv www.wymtest.com/ignorecase/...

   1. 
   2. 

2. 配置状态码缓存如图：

   1. 
   2. 这时再次执行，结果与前两次一致，但这次执行已经对该状态码进行了缓存。当第四次执行时，就会发现已经命中缓存。
   3. 
   4. 仍然404，但缓存命中。
   5. 

浏览器缓存

当CDN响应一个用户请求时，除了将请求的文件发送给用户，也可以指示用户的浏览器该如何对该文件进行缓存。通过指定浏览器缓存策略，可以对特定文件在用户浏览器中的缓存行为进行设置。

浏览器缓存策略与源站响应中所指示的缓存行为有关。在向源站请求一个文件时，源站的响应头中会指示该文件的缓存行为，CDN在缓存该文件时会记录该响应头。

缓存策略

策略	行为
缓存	如果请求文件的源站响应中 Cache-Control 响应头不包含 no-cache、no-store 或者 private 指令，CDN在响应用户请求时会包含 Cache-Control: max-age=N 响应头。该响应头告知浏览器需要缓存该文件，其缓存时间 N 就是在策略中指定的缓存过期时间。
遵循源站	在响应用户请求时，CDN会包含请求文件的与缓存相关的源站响应头。
不缓存	CDN指示浏览器不要对请求的文件进行缓存。在响应用户请求时，CDN会包含 Cache-Control: no-store 响应头

一个简单的例子

还是用前面的文件，当不配置浏览器缓存时，由于将遵循源站 Cache-Control 响应头的配置，该文件源站没有设置 Cache-Control，所有响应中并没有相关头。

1. 执行：curl -x xxx.xxx.xxx.xxx:xxxx -sv www.wymtest.com/ignorecase/...

   1. 响应中没有缓存相关头。

2. 设置浏览器缓存如下

   1. 
   2. 

如何提升缓存命中率

CDN缓存命中率包括字节命中率 和请求命中率：

• 字节命中率=CDN缓存命中响应的字节数 ÷ CDN所有请求响应的字节数
• 请求命中率 = CDN缓存命中的请求数÷ CDN所有的请求数

一般我们提到的CDN缓存命中率指的是请求命中率。

命中率间接反应了回源的流量的大小，命中率越低，回源的次数和流量越多，对源站的负载压力也就越大。因此提高CDN的命中率对降低源站访问压力很有必要。

合理配置缓存过期时间

缓存过期时间决定了CDN回源的频率，设置时间越长回源频率越低。

• 更新频率低的文件

可将不常更新的资源文件比如网站的一些图片、模版示例文件、或者一些例如安装包的js、css文件的过期时间设置的长一些，建议设置1个月以上。

• 频繁更新的文件

这类文件可以根据迭代更新频率进行设置，比如如果是两周一迭代，那么可将这类文件的缓存时长设置为14天左右。如果有突发版本低于两周发布的情况，我们也可以使用CDN提供的刷新预热功能进行处理。

预热资源

就是上面提到的刷新预热功能。一般适用于在大型活动发布前，先将发布的内容使用CDN刷新预热功能提前从源站获取资源到CDN缓存节点以提高缓存命中率。这里要注意的是预热功能有一定的限制，所以需要提前规划好资源分配。

备注：为避免刷新、预热配额滥用，每个用户的每日配额有上限限制，需要慎重使用。

配置缓存键值

前面已经详细介绍，通过缓存键值去除站点上文件 URI 中的某些不是用来区分文件的查询参数来提升缓存命中率，此处不再赘述。

大文件设置分片 回源 策略

用户可能只需要大文件的某些分片，也就是说用户的请求是Range请求，或者用户在访问大文件时时可能会中断操作。这两种情况，CDN向源站请求的都是整个完整的资源，这时回源资源内容大于响应给用户的内容，会导致缓存命中率低。

所以针对大文件，建议开启回源Range，开启后CDN在向源站发起请求时就会使用 Range 请求。有关回源Range配置将单独放在「回源配置」另外讲解。

配置共享缓存

当同一个用户的多个加速域名回相同的源站，不同的域名下，同一个url是同一份文件，可以使用一份缓存，所以可以配置域名间的共享缓存，来减少回源。共享缓存即允许多个加速域名共享同一份缓存。

当收到某个共享缓存域名的一个请求，共享缓存的工作流程如下：

1. 根据共享缓存域名下的缓存规则，确定请求的文件是否需要被缓存以及缓存的时长。 如果文件不需要被缓存，CDN向共享缓存域名的源站请求该文件，然后使用该文件响应这个请求，流程结束。
2. 如果文件需要被缓存，CDN会将请求的文件 URL 中的域名替换成目标域名，然后在缓存中查找请求的文件，如果在缓存中没有找到该文件，则走到第4步。
3. 如果在缓存中找到了该文件，CDN会使用步骤1中获取的缓存时长来判断缓存的文件是否已经过期。如果文件没有过期，CDN使用该文件响应这个请求，流程结束。
4. 如果文件已经过期或者CDN没有在缓存中找到该文件，则向共享缓存域名的源站请求该文件。
5. 从源站获取文件后，将该文件作为目标域名的文件进行缓存，流程结束。