请解释 HTTP 协议中的缓存机制。如何使用缓存控制头部？

推荐答案

HTTP 协议中的缓存机制通过缓存控制头部来管理客户端和服务器之间的缓存行为。常用的缓存控制头部包括 Cache-Control、Expires、ETag 和 Last-Modified。通过这些头部，服务器可以指示客户端如何缓存资源，以及何时需要重新验证或重新获取资源。

缓存控制头部

1. Cache-Control: 这是最常用的缓存控制头部，可以设置多个指令来控制缓存行为。常见的指令包括：

   • max-age=<seconds>: 指定资源的最大缓存时间。
   • no-cache: 强制客户端在使用缓存前向服务器验证资源是否过期。
   • no-store: 禁止缓存资源，通常用于敏感数据。
   • public: 允许任何缓存（如代理服务器）缓存资源。
   • private: 只允许客户端缓存资源，不允许代理服务器缓存。

2. Expires: 指定资源的过期时间，是一个绝对时间。如果 Cache-Control 头部中设置了 max-age，则 Expires 会被忽略。

3. ETag: 资源的唯一标识符，通常是一个哈希值。客户端可以通过 If-None-Match 头部将 ETag 发送给服务器，服务器根据 ETag 判断资源是否已更改。

4. Last-Modified: 资源的最后修改时间。客户端可以通过 If-Modified-Since 头部将 Last-Modified 时间发送给服务器，服务器根据此时间判断资源是否已更改。

使用缓存控制头部的示例

Cache-Control: public, max-age=3600
ETag: "123456789"
Last-Modified: Wed, 21 Oct 2023 07:28:00 GMT

在这个示例中，资源可以被任何缓存（public），并且缓存时间为 3600 秒（1 小时）。客户端在 1 小时内再次请求该资源时，可以直接使用缓存。如果超过 1 小时，客户端会向服务器发送请求，并带上 ETag 或 Last-Modified 头部进行验证。

本题详细解读

缓存机制的工作原理

HTTP 缓存机制的核心是通过缓存控制头部来减少不必要的网络请求，从而提高性能。当客户端首次请求资源时，服务器会返回资源及其缓存控制头部。客户端根据这些头部决定是否缓存资源以及缓存的有效期。

缓存验证

当缓存过期时，客户端会向服务器发送验证请求。服务器可以通过 ETag 或 Last-Modified 头部来判断资源是否已更改。如果资源未更改，服务器返回 304 Not Modified 状态码，客户端继续使用缓存；如果资源已更改，服务器返回新的资源及其缓存控制头部。

缓存策略的选择

选择合适的缓存策略对于优化性能至关重要。对于静态资源（如图片、CSS、JS 文件），通常可以设置较长的缓存时间（如 max-age=31536000，即 1 年），并通过 ETag 或 Last-Modified 进行验证。对于动态资源（如 API 响应），通常使用 no-cache 或较短的 max-age 来确保数据的实时性。

缓存控制头部的优先级

当多个缓存控制头部同时存在时，Cache-Control 的优先级高于 Expires。因此，建议优先使用 Cache-Control 来控制缓存行为。