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阐述浏览器缓存机制 (HTTP Cache) 中强缓存和协商缓存的原理，以及 JavaScript 资源如何利用缓存策略进行优化。

早上好，各位缓存爱好者！今天咱们来聊聊浏览器缓存这回事儿，保证让你们听完以后，对强缓存和协商缓存这对好兄弟了如指掌，还能把 JavaScript 资源缓存优化玩得飞起。准备好了吗？咱们这就开讲！

一、缓存，浏览器里的“小金库”

想象一下，你每次访问一个网站都要重新下载所有东西，这得等到猴年马月啊！浏览器缓存就是为了解决这个问题而生的。它就像浏览器里的小金库，把一部分资源（比如图片、CSS、JavaScript）存起来，下次再访问同一个网站的时候，直接从金库里拿，速度那叫一个嗖嗖的！

二、强缓存：我的地盘我做主

强缓存就像一个霸道的总裁，资源一旦进了它的地盘，在有效期内，浏览器连服务器都不问一声，直接从缓存里拿。

1. 控制强缓存的“圣旨”：Cache-Control 和 Expires

强缓存主要通过 HTTP 响应头里的 Cache-Control 和 Expires 来控制。

  • Cache-Control：现代浏览器的首选

    Cache-Control 是一个更强大的指令，它允许你更细粒度地控制缓存行为。

    • max-age=<seconds>：指定资源被缓存的最大时间（单位是秒）。例如，Cache-Control: max-age=3600 表示资源可以被缓存 3600 秒（1 小时）。
    • s-maxage=<seconds>：类似于 max-age，但它只适用于共享缓存（例如 CDN）。
    • private：表示资源只能被用户私有缓存（例如，用户的浏览器），不能被共享缓存。
    • public：表示资源可以被任何缓存缓存，包括共享缓存。
    • no-cache：表示资源可以被缓存，但每次使用缓存时都需要与服务器进行协商（协商缓存）。
    • no-store：表示资源根本不应该被缓存。

    例子：

    HTTP/1.1 200 OK
Cache-Control: max-age=604800, public

    这段响应头告诉浏览器，这个资源可以被缓存 604800 秒（7 天），并且可以被任何缓存（包括 CDN）缓存。

  • Expires：老古董，但依然有用

    Expires 指定资源过期的时间点（绝对时间）。

    例子：

    HTTP/1.1 200 OK
Expires: Wed, 21 Oct 2015 07:28:00 GMT

    这段响应头告诉浏览器，这个资源在 2015 年 10 月 21 日 07:28:00 GMT 之后就过期了。

    注意： Expires 使用的是绝对时间，所以需要保证客户端和服务端的时间同步，否则可能会出现缓存失效的问题。Cache-Control 使用的是相对时间，所以更可靠，也更推荐使用。

2. 强缓存的流程

  1. 浏览器发起请求。
  2. 浏览器检查本地缓存，如果找到该资源，并且资源未过期（根据 Cache-Control 或 Expires 判断），则直接从缓存中获取资源，不再向服务器发送请求，返回 200 OK (from cache)。
  3. 如果资源过期或者没有找到，则进入协商缓存阶段。

三、协商缓存：问问服务器，我还能用吗？

协商缓存不像强缓存那么霸道，它会先向服务器确认一下，缓存的资源是否仍然有效。

1. 控制协商缓存的“令牌”：Last-Modified/If-Modified-Since 和 ETag/If-None-Match

  • Last-Modified/If-Modified-Since：基于时间戳

    • Last-Modified：服务器在响应头中告诉浏览器，资源的最后修改时间。

      例子：

      HTTP/1.1 200 OK
Last-Modified: Tue, 15 Nov 2023 12:00:00 GMT

    • If-Modified-Since：浏览器在下次请求时，会将 Last-Modified 的值放到请求头 If-Modified-Since 中，询问服务器资源是否修改过。如果资源没有修改，服务器返回 304 Not Modified，浏览器继续使用缓存；如果资源修改了，服务器返回新的资源和 200 OK。

      例子：

      GET /style.css HTTP/1.1
If-Modified-Since: Tue, 15 Nov 2023 12:00:00 GMT

  • ETag/If-None-Match：基于内容指纹

    • ETag：服务器在响应头中告诉浏览器，资源的唯一标识（内容指纹）。ETag 通常是对资源内容进行哈希计算得到的值。

      例子：

      HTTP/1.1 200 OK
ETag: "6373-5be6d5b54e1cc"

    • If-None-Match：浏览器在下次请求时，会将 ETag 的值放到请求头 If-None-Match 中，询问服务器资源是否修改过。如果资源没有修改，服务器返回 304 Not Modified，浏览器继续使用缓存；如果资源修改了，服务器返回新的资源和 200 OK。

      例子：

      GET /script.js HTTP/1.1
If-None-Match: "6373-5be6d5b54e1cc"

2. 协商缓存的流程

  1. 浏览器发起请求。
  2. 浏览器检查本地缓存，如果找到该资源，并且资源已过期，则进入协商缓存阶段。
  3. 浏览器将上次响应头中的 Last-Modified 值放到请求头 If-Modified-Since 中，或者将 ETag 值放到请求头 If-None-Match 中，发送给服务器。
  4. 服务器收到请求后，进行判断：
    • 如果资源未修改（Last-Modified 值与服务器上的资源最后修改时间一致，或者 ETag 值与服务器上的资源 ETag 值一致），则返回 304 Not Modified，告诉浏览器继续使用缓存。
    • 如果资源已修改，则返回新的资源和 200 OK。
  5. 浏览器收到 304 Not Modified，则从缓存中获取资源；收到 200 OK，则更新缓存。

3. ETag 优于 Last-Modified 的原因

  • 精度更高： Last-Modified 只能精确到秒级，如果资源在一秒内多次修改，Last-Modified 就无法区分。ETag 可以更精确地标识资源的变化。
  • 更灵活： 有些服务器可能无法精确获取资源的最后修改时间，或者某些资源的修改时间可能不准确。ETag 可以通过对资源内容进行哈希计算来解决这个问题。
  • 解决弱一致性问题： 即使资源内容没有发生变化，Last-Modified 也可能因为某些原因（例如，服务器上的文件系统发生了变化）而发生变化。ETag 可以通过比较资源内容的哈希值来解决这个问题。

四、JavaScript 资源缓存优化实战

JavaScript 资源是网站性能的关键因素之一，所以对 JavaScript 资源进行缓存优化非常重要。

1. 版本号控制：让缓存“焕然一新”

最常用的方法是在 JavaScript 文件名中添加版本号。当 JavaScript 文件发生变化时，更新版本号，浏览器就会重新下载新的 JavaScript 文件。

例子：

  • 原始 JavaScript 文件名：app.js
  • 添加版本号后的 JavaScript 文件名：app.v1.0.0.js

实现方法：

  • 手动更新： 在每次发布新版本时，手动更新 HTML 文件中的 JavaScript 文件名。

  • 构建工具： 使用构建工具（例如 Webpack、Parcel、Rollup）自动生成带有哈希值的 JavaScript 文件名。

    Webpack 示例：

    // webpack.config.js
const path = require('path');
const HtmlWebpackPlugin = require('html-webpack-plugin');

module.exports = {
  entry: './src/index.js',
  output: {
    filename: 'bundle.[contenthash].js', // 使用 contenthash 生成哈希值
    path: path.resolve(__dirname, 'dist'),
    clean: true, // 清理 dist 目录
  },
  plugins: [
    new HtmlWebpackPlugin({
      template: './src/index.html',
      filename: 'index.html',
    }),
  ],
  mode: 'production',
};

    在这个 Webpack 配置中，output.filename 使用了 [contenthash]，Webpack 会根据 JavaScript 文件内容生成哈希值，并将哈希值添加到文件名中。当 JavaScript 文件内容发生变化时，哈希值也会发生变化，浏览器就会重新下载新的 JavaScript 文件。

2. 合理设置 Cache-Control：让缓存“活得更久”

对于不经常变化的 JavaScript 资源，可以设置较长的 max-age，让浏览器尽可能长时间地缓存这些资源。

例子：

HTTP/1.1 200 OK
Cache-Control: max-age=31536000, public // 缓存一年

对于经常变化的 JavaScript 资源，可以设置 no-cache，让浏览器每次使用缓存时都与服务器进行协商。

例子：

HTTP/1.1 200 OK
Cache-Control: no-cache

3. 使用 CDN：让缓存“无处不在”

CDN（内容分发网络）可以将 JavaScript 资源缓存到全球各地的服务器上，用户可以从离自己最近的服务器上获取资源，从而提高访问速度。

使用方法：

  1. 将 JavaScript 资源上传到 CDN。
  2. 在 HTML 文件中使用 CDN 提供的 URL 引用 JavaScript 资源。

4. 代码分割：让缓存“更精细”

将 JavaScript 代码分割成多个小文件，可以更好地利用缓存。例如，可以将第三方库的代码单独打包成一个文件，因为第三方库的代码通常不会频繁变化。

Webpack 示例：

// webpack.config.js
const path = require('path');
const HtmlWebpackPlugin = require('html-webpack-plugin');

module.exports = {
  entry: {
    main: './src/index.js',
    vendor: ['lodash'], // 将 lodash 单独打包成一个文件
  },
  output: {
    filename: '[name].[contenthash].js',
    path: path.resolve(__dirname, 'dist'),
    clean: true,
  },
  optimization: {
    splitChunks: {
      cacheGroups: {
        vendor: {
          test: /[\/]node_modules[\/]/,
          name: 'vendors',
          chunks: 'all',
        },
      },
    },
  },
  plugins: [
    new HtmlWebpackPlugin({
      template: './src/index.html',
      filename: 'index.html',
    }),
  ],
  mode: 'production',
};

在这个 Webpack 配置中，optimization.splitChunks 用于代码分割，cacheGroups.vendor 将 node_modules 目录下的代码单独打包成一个名为 vendors 的文件。

5. 懒加载：让缓存“按需加载”

懒加载是指在需要使用 JavaScript 代码时才加载，而不是在页面加载时就加载所有代码。这可以减少初始加载时间，提高页面性能。

实现方法：

  • Intersection Observer API： 使用 Intersection Observer API 监听元素是否进入视口，当元素进入视口时才加载 JavaScript 代码。

  • 动态 import()： 使用 import() 函数动态加载 JavaScript 代码。

    例子：

    // index.js
const button = document.getElementById('myButton');

button.addEventListener('click', async () => {
  const module = await import('./myModule.js'); // 动态加载 myModule.js
  module.default(); // 调用 myModule.js 中的默认导出函数
});

// myModule.js
export default function() {
  console.log('Hello from myModule.js!');
}

五、缓存策略选择：强缓存 vs 协商缓存

特性 强缓存 协商缓存
是否与服务器通信 否 是
控制方式 Cache-Control 和 Expires Last-Modified/If-Modified-Since 和 ETag/If-None-Match
适用场景 静态资源（例如，图片、CSS、JavaScript），这些资源在一定时间内不会发生变化。 动态资源，或者需要验证资源是否已更新的静态资源。
优点 速度快，不需要与服务器通信，可以减少服务器压力。 可以保证资源是最新的，即使资源发生了变化，浏览器也会及时更新。
缺点 如果资源发生了变化，浏览器可能无法及时更新，需要通过版本号控制或者手动清除缓存来解决。 速度相对较慢，需要与服务器通信，会增加服务器压力。
策略选择 1. 优先使用强缓存： 对于静态资源，尽可能使用强缓存，并设置较长的 max-age。2. 结合使用协商缓存： 对于动态资源，或者需要验证资源是否已更新的静态资源，可以使用协商缓存。3. 版本号控制： 对于经常变化的静态资源，可以使用版本号控制来强制浏览器更新缓存。4. CDN： 使用 CDN 可以将资源缓存到全球各地的服务器上，提高访问速度。5. 代码分割： 将 JavaScript 代码分割成多个小文件，可以更好地利用缓存。6. 懒加载： 使用懒加载可以减少初始加载时间，提高页面性能。 1. 优先使用强缓存： 对于静态资源，尽可能使用强缓存，并设置较长的 max-age。2. 结合使用协商缓存： 对于动态资源，或者需要验证资源是否已更新的静态资源，可以使用协商缓存。3. 版本号控制： 对于经常变化的静态资源，可以使用版本号控制来强制浏览器更新缓存。4. CDN： 使用 CDN 可以将资源缓存到全球各地的服务器上，提高访问速度。5. 代码分割： 将 JavaScript 代码分割成多个小文件，可以更好地利用缓存。6. 懒加载： 使用懒加载可以减少初始加载时间，提高页面性能。

六、总结

浏览器缓存是提高网站性能的重要手段。通过合理使用强缓存和协商缓存，可以减少服务器压力，提高用户体验。对于 JavaScript 资源，可以使用版本号控制、合理设置 Cache-Control、使用 CDN、代码分割和懒加载等方法进行优化。

好了，今天的讲座就到这里。希望大家能够灵活运用这些缓存策略，让你的网站飞起来！如果还有什么疑问，欢迎随时提问，我将竭诚为大家解答。下次再见！

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