浏览器：我要用缓存！服务器：你缓存过期了！怎么把数据挽留住，这是个问题。

胡gh2025-08-26 20:01

HTTP 缓存深度解析：强缓存与协商缓存实战指南

在构建高性能 Web 应用时，HTTP 缓存 是提升用户体验、降低服务器负载的核心技术。它通过让浏览器智能地复用之前获取的资源，避免了不必要的网络请求和数据传输。深入理解并正确运用强缓存 （Strong Cache）和协商缓存（Negotiation Cache），是每个 Web 开发者必备的技能。

本文将系统性地讲解这两种缓存机制的原理、关键 HTTP 头部、为什么使用 、何时使用 以及具体的应用场景，并通过 JavaScript 代码示例帮助你掌握实践。

核心目标：减少请求，加速访问

缓存的根本目的只有一个：当用户再次请求同一资源时，尽可能避免从源服务器重新下载完整的数据。理想状态是资源直接从用户的内存或磁盘中读取（最快），次优是从 CDN 节点获取。强缓存和协商缓存是实现这一目标的两种互补策略。

1. 强缓存 (Strong Cache) - "有效期之内，我说了算"

核心思想 ：浏览器根据服务器在首次响应 中设定的"有效期"，完全自主地判断 本地缓存是否"新鲜"。只要在有效期内，浏览器就不向服务器发送任何请求 ，直接使用本地副本。这是性能最优的缓存方式。

关键响应头字段

  • Cache-Control (HTTP/1.1, 优先级最高) ：
    • max-age=<seconds>：指定资源在客户端缓存中保持"新鲜"的最大时间（秒）。例如 max-age=3600 表示 1 小时内可直接使用缓存。
    • public：响应可以被任何缓存（浏览器、CDN、代理）存储。
    • private：响应只能被单个用户的浏览器缓存。
    • no-cache：极具误导性！ 它不是 "不缓存"。它的意思是："资源可以缓存，但在使用前，必须向服务器发起一个验证请求（即进入协商缓存） "。它禁用了强缓存。
    • no-store：真正的"禁止缓存"。任何缓存都不能存储该响应。
    • s-maxage=<seconds>：仅适用于共享缓存（如 CDN）。
  • Expires (HTTP/1.0, 优先级低于 Cache-Control) ：
    • 指定一个绝对的过期时间 （GMT 格式）。如果 Cache-Control: max-age 存在，则忽略 Expires。

为什么使用强缓存？

  • 极致性能 ：完全避免网络请求，无任何网络延迟，资源加载接近瞬时。
  • 提升用户体验：用户重复访问或页面跳转时，静态资源瞬间呈现。
  • 降低服务器压力：服务器无需处理这些资源的请求。
  • 节省用户流量：避免重复下载相同文件。

何时使用？应用场景与 JS 实现

原则 ：适用于内容在部署后长期不变，或通过文件名哈希确保版本更新的静态资源。

应用场景 1：带哈希的静态资源 (现代前端最佳实践)

  • 场景描述 ：使用 Webpack、Vite 等构建工具，JS、CSS、图片等文件会被生成带内容哈希的文件名，如 main.a1b2c3d4.js。

  • 为什么用：文件内容改变时，哈希值必然改变，导致文件名改变。旧文件名的资源可以永久缓存，新文件名的资源被视为全新资源。

  • 如何在 Node.js 服务器中配置 ：

    javascript 复制代码 
    const express = require('express');
const path = require('path');
const app = express();

// 为构建后的静态资源目录设置强缓存
app.use(express.static(path.join(__dirname, 'dist'), {
    // 为所有静态文件设置 1 年的 max-age
    setHeaders: (res, filePath) => {
        // 只对 JS、CSS、图片、字体等设置长缓存
        if (/\.(js|css|png|jpg|jpeg|gif|ico|webp|svg|woff|woff2|ttf|eot)$/.test(filePath)) {
            res.setHeader('Cache-Control', 'public, max-age=31536000'); // 1 year
        }
        // HTML 文件不在此处设置，单独处理
    }
}));

// 处理所有其他请求，返回 index.html (用于 SPA)
app.get('*', (req, res) => {
    res.sendFile(path.join(__dirname, 'dist', 'index.html'));
});

app.listen(3000);

  • 效果 ：用户首次访问，下载 main.a1b2c3d4.js。后续访问，浏览器看到 max-age=31536000 有效，直接使用本地缓存，不发请求 。部署新版本后，main.x9y8z7w6.js 是新文件名，浏览器会请求新文件。

应用场景 2：更新不频繁的配置文件

  • 场景描述 ：一个 config.json 文件，包含应用常量，更新频率低。

  • 为什么用：内容稳定，但不像带哈希的文件那样有强制刷新机制。

  • 如何配置 ：

    javascript 复制代码 
    // 假设有一个 /config 的 API 端点
app.get('/config', (req, res) => {
    const config = { /* 配置数据 */ };
    // 设置较短的强缓存，例如 1 小时
    res.setHeader('Cache-Control', 'public, max-age=3600');
    res.json(config);
});

  • 效果：用户1小时内刷新，直接使用本地缓存。1小时后，强缓存失效，进入协商缓存流程。

何时避免使用？

  • 内容频繁变化且文件名不变 ：如 app.js 每天更新但文件名不变。
  • 实时性要求极高：如股票行情、聊天消息。
  • 敏感数据 ：如用户隐私信息，应使用 no-store。

2. 协商缓存 (Negotiation Cache) - "我先确认一下，再决定"

核心思想 ：当强缓存失效（或被 no-cache 强制）时，浏览器会发起一个轻量级的"条件请求"，询问服务器："我本地有这个版本，它还有效吗？" 服务器只需进行简单比对：

  • 如果有效 ，返回 304 Not Modified（无响应体），浏览器使用本地缓存。
  • 如果无效 ，返回 200 OK 和新的资源。

关键请求/响应头字段

  • ETag / If-None-Match ：
    • ETag (响应头)：服务器为资源生成的唯一标识符 （通常是内容的哈希）。内容变，ETag 变。
    • If-None-Match (请求头)：浏览器将之前收到的 ETag 值发给服务器验证。
  • Last-Modified / If-Modified-Since ：
    • Last-Modified (响应头)：资源的最后修改时间（GMT）。
    • If-Modified-Since (请求头)：浏览器将之前收到的时间发给服务器。

为什么使用协商缓存？

  • 保证新鲜度：解决了强缓存在有效期内无法感知更新的问题。
  • 节省带宽 ：验证通过时，服务器只返回 304 状态码，不传输资源本体。
  • 降低服务器开销：服务器无需读取和传输大文件。
  • 适用于更新不确定的资源：是强缓存失效后的优雅降级。

何时使用？应用场景与 JS 实现

原则 ：适用于内容会更新，需要保证一定时效性，且希望避免全量下载的资源。

应用场景 1：HTML 文件 (关键入口)

  • 场景描述 ：网站的 index.html 或 article.html。它是页面的入口，包含了对 JS、CSS 的引用。

  • 为什么用：如果 HTML 被强缓存太久，即使新的 JS/CSS 已部署，用户加载的旧 HTML 可能仍引用旧的文件名，导致无法看到更新。但每次都下载完整的 HTML 代价也高。

  • 如何在 Node.js 服务器中配置 ：

    javascript 复制代码 
    const fs = require('fs');
const crypto = require('crypto');

// 读取 HTML 文件的 ETag (例如基于文件内容的 MD5)
function getETagForFile(filePath) {
    const content = fs.readFileSync(filePath);
    return crypto.createHash('md5').update(content).digest('hex');
}

app.get('*', (req, res) => {
    const indexPath = path.join(__dirname, 'dist', 'index.html');
    
    // 为 HTML 文件设置 no-cache，强制协商
    res.setHeader('Cache-Control', 'no-cache');
    
    // 生成 ETag
    const etag = getETagForFile(indexPath);
    
    // 检查协商请求头
    if (req.headers['if-none-match'] === etag) {
        // 资源未变
        res.status(304).end();
        return;
    }
    
    // 资源有变或首次请求
    res.setHeader('ETag', etag);
    res.sendFile(indexPath);
});

  • 效果 ：用户刷新页面，浏览器发起包含 If-None-Match 的请求。如果 HTML 未变，服务器返回 304，浏览器用本地缓存，页面快速加载。只有 HTML 真正更新时，才返回 200 和新内容。

应用场景 2：API 数据 (动态内容)

  • 场景描述 ：获取用户信息 GET /api/user/123。

  • 为什么用：数据会更新，但短时间内刷新内容可能没变。

  • 如何在 Node.js 服务器中配置 ：

    javascript 复制代码 
    // 模拟数据库
const users = {
    123: { name: 'Alice', lastUpdated: Date.now() }
};

// 生成用户数据的 ETag (例如基于数据和更新时间的哈希)
function generateUserETag(user) {
    const dataStr = JSON.stringify(user) + user.lastUpdated;
    return crypto.createHash('sha1').update(dataStr).digest('hex');
}

app.get('/api/user/:id', (req, res) => {
    const user = users[req.params.id];
    if (!user) {
        return res.status(404).end();
    }
    
    // 生成 ETag
    const etag = generateUserETag(user);
    
    // 检查协商请求头
    if (req.headers['if-none-match'] === etag) {
        res.status(304).end();
        return;
    }
    
    // 资源有变或首次请求
    res.setHeader('ETag', etag);
    // 通常 API 也设置 no-cache 或短 max-age
    res.setHeader('Cache-Control', 'no-cache');
    res.json(user);
});

  • 效果 ：用户短时间内多次请求用户信息，大部分情况下服务器返回 304，前端使用缓存数据，体验流畅。

强缓存与协商缓存：协同工作

它们不是对立的，而是协作构成一个完整的缓存生命周期：

  1. 优先检查强缓存 ：看 Cache-Control / Expires 是否有效。
    • 有效：直接使用本地缓存。
    • 失效 或 no-cache：进入下一步。
  2. 发起协商请求 ：发送 If-None-Match / If-Modified-Since。
  3. 服务器验证 ：
    • 304 Not Modified ：使用本地缓存，并重置强缓存计时器。
    • 200 OK：下载新资源，更新本地缓存。
graph TD A[用户请求资源] --> B{本地有缓存?} B -- 无 --> C[发起完整请求 200] B -- 有 --> D{强缓存有效?} D -- 是 --> E[直接使用缓存] D -- 否 --> F[发起协商请求] F --> G{服务器验证} G -- 资源未变 --> H[返回 304
使用本地缓存] G -- 资源已变 --> I[返回 200 + 新资源]

总结与最佳实践

资源类型 推荐策略 配置要点 说明
带哈希的 JS/CSS 强缓存 Cache-Control: public, max-age=31536000 构建工具生成，可长期缓存。
图片/字体 强缓存 Cache-Control: public, max-age=31536000 内容稳定，长期缓存。
HTML 文件 协商缓存 Cache-Control: no-cache + ETag 入口文件，必须能验证更新。
API 数据 协商缓存 Cache-Control: no-cache + ETag 保证数据新鲜，节省带宽。
高度敏感数据 禁用缓存 Cache-Control: no-store 绝对不缓存。

关键要点：

  1. no-cache ≠ 不缓存：它是协商缓存的触发器。
  2. 文件名哈希是强缓存的基石：它让长期缓存变得安全可靠。
  3. HTML 是缓存策略的枢纽 ：通常用 no-cache 确保其能及时更新。
  4. ETag 优于 Last-Modified：更精确，能检测秒级内的修改。
  5. 监控与测试 ：使用浏览器开发者工具的 Network 面板，观察 Status (200, 304, from cache) 和 Size 列，验证策略是否生效。

通过精心设计和配置强缓存与协商缓存，你可以构建出既快速又可靠的 Web 应用，为用户提供卓越的体验。

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