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Monday, 6 May 2013

Web架构中的前端页面缓存技术

网站缓存主要分为五部分-

服务器缓存:主要是基于web反向代理的静态服务器nginx和squid,还有apache2的mod_proxy和mod_cache模

浏览器缓存:包括页面html缓存和图片js,css等资源的缓存

PHP缓存:有很多免费的PHP缓冲加速工具,如apc eaccerlertor等

内存缓存:主要是采用memcache这种分布式缓存机制

数据库缓存:通过配置数据库缓存,以及数据存储过程,连接池技术等


下面重点介绍浏览器缓存原理:

我们可以知道浏览器缓存分为两个部分:
页面html的缓存图片,css,js,flash等缓存浏览器缓存是基于把页面信息保存到用户本地电脑硬盘里。

服务器缓存是基于把用户访问的页面保存到服务器上的硬盘里。

页面缓存的原理
页面缓存状态是由http header决定的,一个浏览器请求信息,一个是服务器响应信息。主要包括Pragma: no-cache、Cache-Control、 Expires、 Last-Modified、If-Modified-Since。其中Pragma: no-cache由HTTP/1.0规定,Cache-Control由HTTP/1.1规定。

原理主要分三步:
第一次请求:浏览器通过http的header报头,附带Expires,Cache-Control,Last-Modified/Etag向服务器请求,此时服务器记录第一次请求的Last-Modified/Etag再次请求:

当浏览器再次请求的时候,附带Expires,Cache-Control,If-Modified-Since/Etag向服务器请求.
服务器根据第一次记录的Last-Modified/Etag和再次请求的If-Modified-Since/Etag做对比,判断是否需要更新,然后响应请求。

相关参数说明:
Cache-Control的主要参数 Cache-Control: private/public Public 响应会被缓存,并且在多用户间共享。 Private 响应只能够作为私有的缓存,不能再用户间共享。

Cache-Control: no-cache:不进行缓存

Cache-Control: max-age=x:缓存时间 以秒为单位

Cache-Control: must-revalidate:如果页面是过期的 则去服务器进行获取。

Expires:显示的设置页面过期时间

Last-Modified:请求对象最后一次的修改时间 用来判断缓存是否过期 通常由服务器上文件的时间信息产生。

If-Modified-Since :客户端发送请求附带的信息 指浏览器缓存请求对象的最后修改日期 用来和服务器端的Last-Modified做比较。

Etag:ETag是一个可以 与Web资源关联的记号(token),和Last-Modified功能才不多,也是一个标识符,一般和Last-Modified一起使用,加强服务器判断的准确度。

图片,css,js,flash的缓存
这个主要通过服务器的配置来实现这个技术,如果使用apache服务器的话,可以使用mod_expires模块来实现.

同样可以用nginx方式实现前端页面缓存,详情请看nginx利用proxy_cache来缓存文件。

测试网页性能工具:
⑴Page Speed- https://developers.google.com/speed/pagespeed/
是开源 Firefox/Firebug 插件。网站管理员和网络开发人员可以使用 Page Speed 来评估他们网页的性能,并获得有关如何改进性能的建议。

⑵yslow:
YSlow可以对网站的页面进行分析,并告诉你为了提高网站性能,如何基于某些规则而进行优化.
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HTTP的请求头标签 If-Modified-Since

一直以来没有留意过HTTP请求头的IMS(If-Modified-Since)标签。
最近在分析Squid的access.log日志文件时,发现了一个现象。
就是即使是对同一个文件进行HTTP请求,第一次和第二次产生的网络流量数据也是不一致的。

在调查的过程中,逐渐了解了HTTP的If-Modified-Since的头标签的作用。

大家都知道客户端浏览器是有缓存的,里面存放之前访问过的一些网页文件。
例如IE,会把缓存文件存到“C:\Documents and Settings\zh2000g\Local Settings\Temporary Internet Files”
这样类似的目录里。
其实缓存里存储的不只是网页文件,还有服务器发过来的该文件的最后服务器修改时间。

If-Modified-Since是标准的HTTP请求头标签,在发送HTTP请求时,把浏览器端缓存页面的最后修改时间一起发到服务器去,服务器会把这个时间与服务器上实际文件的最后修改时间进行比较。
如果时间一致,那么返回HTTP状态码304(不返回文件内容),客户端接到之后,就直接把本地缓存文件显示到浏览器中。
如果时间不一致,就返回HTTP状态码200和新的文件内容,客户端接到之后,会丢弃旧文件,把新文件缓存起来,并显示到浏览器中。
 下面用一个简单的小例子说明一下。
由于演示例子需要截取HTTP Request和Response的信息,我在这里使用的工具是Fiddler。
感兴趣的朋友可以到【http://www.fiddler2.com/Fiddler2/version.asp】去下载。

1.首先在服务器创建一个简单的HTML文件,用浏览器访问一下,成功表示HTML页面。Fiddler就会产生下面的捕获信息。
  需要留意的是
  (1)因为是第一次访问该页面,客户端发请求时,请求头中没有If-Modified-Since标签。
  (2)服务器返回的HTTP状态码是200,并发送页面的全部内容。
  (3)服务器返回的HTTP头标签中有Last-Modified,告诉客户端页面的最后修改时间。 
 
2.在浏览器中刷新一下页面,Fiddler就会产生下面的捕获信息。
  需要注意的是
  (1)客户端发HTTP请求时,使用If-Modified-Since标签,把上次服务器告诉它的文件最后修改时间返回到服务器端了。
  (2)因为文件没有改动过,所以服务器返回的HTTP状态码是304,没有发送页面的内容。
 

3.用文本编辑器稍微改动一下页面文件,保存。再用浏览器访问一下,Fiddler就会产生下面的捕获信息。
需要留意的是
  (1)客户端发HTTP请求时,使用If-Modified-Since标签,把上次服务器告诉它的文件最后修改时间返回到服务器端了。
  (2)因为文件被改动过,两边时间不一致,所以服务器返回的HTTP状态码是200,并发送新页面的全部内容。
  (3)服务器返回的HTTP头标签中有Last-Modified,告诉客户端页面的新的最后修改时间。


HTTP的If-Modified-Since头标签与客户端缓存相互配合,大大节约了网络流量。