【浏览器】缓存与存储

浏览器缓存

为什么需要浏览器缓存？

对于浏览器的缓存，主要针对的是前端的静态资源，最好的效果就是，在发起请求之后，拉取相应的静态资源，并保存在本地。如果服务器的静态资源没有更新，那么在下次请求的时候，就直接从本地读取即可，如果服务器的静态资源已经更新，那么我们再次请求的时候，就到服务器拉取新的资源，并保存在本地。这样就大大的减少了请求的次数，提高了网站的性能。这就要用到浏览器的缓存策略了。

所谓的浏览器缓存指的是浏览器将用户请求过的静态资源，存储到电脑本地磁盘中，当浏览器再次访问时，就可以直接从本地加载，不需要再去服务端请求了。

使用浏览器缓存，有以下优点：

• 减少了服务器的负担，提高了网站的性能
• 加快了客户端网页的加载速度
• 减少了多余网络数据传输

对浏览器的缓存机制的理解

浏览器缓存的全过程：

• 浏览器第一次加载资源，服务器返回 200，浏览器从服务器下载资源文件，并缓存资源文件与 response header，以供下次加载时对比使用；
• 下一次加载资源时，由于强制缓存优先级较高，先比较当前时间与上一次返回 200 时的时间差，如果没有超过 cache-control 设置的 max-age，则没有过期，并命中强缓存，直接从本地读取资源。如果浏览器不支持HTTP1.1，则使用 expires 头判断是否过期；
• 如果资源已过期，则表明强制缓存没有被命中，则开始协商缓存，向服务器发送带有 If-None-Match 和 If-Modified-Since 的请求；
• 服务器收到请求后，优先根据 Etag 的值判断被请求的文件有没有做修改，Etag 值一致则没有修改，命中协商缓存，返回 304；如果不一致则有改动，直接返回新的资源文件带上新的 Etag 值并返回 200；
• 如果服务器收到的请求没有 Etag 值，则将 If-Modified-Since 和被请求文件的最后修改时间做比对，一致则命中协商缓存，返回 304；不一致则返回新的 last-modified 和文件并返回 200；

很多网站的资源后面都加了版本号，这样做的目的是：每次升级了 JS 或 CSS 文件后，为了防止浏览器进行缓存，强制改变版本号，客户端浏览器就会重新下载新的 JS 或 CSS 文件 ，以保证用户能够及时获得网站的最新更新。

协商缓存和强缓存的区别

强缓存

使用强缓存策略时，如果缓存资源有效，则直接使用缓存资源，不必再向服务器发起请求。

强缓存策略可以通过两种方式来设置，分别是 http 头信息中的 Expires 属性和 Cache-Control 属性。

（1）服务器通过在响应头中添加 Expires 属性，来指定资源的过期时间。在过期时间以内，该资源可以被缓存使用，不必再向服务器发送请求。这个时间是一个绝对时间，它是服务器的时间，因此可能存在这样的问题，就是客户端的时间和服务器端的时间不一致，或者用户可以对客户端时间进行修改的情况，这样就可能会影响缓存命中的结果。
（2）Expires 是 http1.0 中的方式，因为它的一些缺点，在 HTTP 1.1 中提出了一个新的头部属性就是 Cache-Control 属性，它提供了对资源的缓存的更精确的控制。它有很多不同的值。

Cache-Control可设置的字段：

• public：设置了该字段值的资源表示可以被任何对象（包括：发送请求的客户端、代理服务器等等）缓存。这个字段值不常用，一般还是使用max-age=来精确控制；
• private：设置了该字段值的资源只能被用户浏览器缓存，不允许任何代理服务器缓存。在实际开发当中，对于一些含有用户信息的HTML，通常都要设置这个字段值，避免代理服务器(CDN)缓存；
• no-cache：设置了该字段需要先和服务端确认返回的资源是否发生了变化，如果资源未发生变化，则直接使用缓存好的资源；
• no-store：设置了该字段表示禁止任何缓存，每次都会向服务端发起新的请求，拉取最新的资源；
• max-age=：设置缓存的最大有效期，单位为秒；
• s-maxage=：优先级高于max-age=，仅适用于共享缓存(CDN)，优先级高于max-age或者Expires头；
• max-stale[=]：设置了该字段表明客户端愿意接收已经过期的资源，但是不能超过给定的时间限制。

一般来说只需要设置其中一种方式就可以实现强缓存策略，当两种方式一起使用时，Cache-Control 的优先级要高于 Expires。

no-cache和no-store很容易混淆：

• no-cache 是指先要和服务器确认是否有资源更新，在进行判断。也就是说没有强缓存，但是会有协商缓存；
• no-store 是指不使用任何缓存，每次请求都直接从服务器获取资源。

协商缓存

如果命中强制缓存，我们无需发起新的请求，直接使用缓存内容，如果没有命中强制缓存，如果设置了协商缓存，这个时候协商缓存就会发挥作用了。

上面已经说到了，命中协商缓存的条件有两个：

• max-age=xxx 过期了
• 值为no-store

使用协商缓存策略时，会先向服务器发送一个请求，如果资源没有发生修改，则返回一个 304 状态，让浏览器使用本地的缓存副本。如果资源发生了修改，则返回修改后的资源。

协商缓存也可以通过两种方式来设置，分别是 http 头信息中的 Etag 和 Last-Modified 属性。
（1）服务器通过在响应头中添加 Last-Modified 属性来指出资源最后一次修改的时间，当浏览器下一次发起请求时，会在请求头中添加一个 If-Modified-Since 的属性，属性值为上一次资源返回时的 Last-Modified 的值。当请求发送到服务器后服务器会通过这个属性来和资源的最后一次的修改时间来进行比较，以此来判断资源是否做了修改。如果资源没有修改，那么返回 304 状态，让客户端使用本地的缓存。如果资源已经被修改了，则返回修改后的资源。使用这种方法有一个缺点，就是 Last-Modified 标注的最后修改时间只能精确到秒级，如果某些文件在1秒钟以内，被修改多次的话，那么文件已将改变了但是 Last-Modified 却没有改变，这样会造成缓存命中的不准确。
（2）因为 Last-Modified 的这种可能发生的不准确性，http 中提供了另外一种方式，那就是 Etag 属性。服务器在返回资源的时候，在头信息中添加了 Etag 属性，这个属性是资源生成的唯一标识符，当资源发生改变的时候，这个值也会发生改变。在下一次资源请求时，浏览器会在请求头中添加一个 If-None-Match 属性，这个属性的值就是上次返回的资源的 Etag 的值。服务接收到请求后会根据这个值来和资源当前的 Etag 的值来进行比较，以此来判断资源是否发生改变，是否需要返回资源。通过这种方式，比 Last-Modified 的方式更加精确。

当 Last-Modified 和 Etag 属性同时出现的时候，Etag 的优先级更高。使用协商缓存的时候，服务器需要考虑负载平衡的问题，因此多个服务器上资源的 Last-Modified 应该保持一致，因为每个服务器上 Etag 的值都不一样，因此在考虑负载平衡时，最好不要设置 Etag 属性。

总结：
强缓存策略和协商缓存策略在缓存命中时都会直接使用本地的缓存副本，区别只在于协商缓存会向服务器发送一次请求。它们缓存不命中时，都会向服务器发送请求来获取资源。在实际的缓存机制中，强缓存策略和协商缓存策略是一起合作使用的。浏览器首先会根据请求的信息判断，强缓存是否命中，如果命中则直接使用资源。如果不命中则根据头信息向服务器发起请求，使用协商缓存，如果协商缓存命中的话，则服务器不返回资源，浏览器直接使用本地资源的副本，如果协商缓存不命中，则浏览器返回最新的资源给浏览器。

点击刷新按钮或者按 F5、按 Ctrl+F5 （强制刷新）、地址栏回车有什么区别？

• 点击刷新按钮或者按 F5：浏览器直接对本地的缓存文件过期，但是会带上If-Modifed-Since，If-None-Match，这就意味着服务器会对文件检查新鲜度，返回结果可能是 304，也有可能是 200。
• 用户按 Ctrl+F5（强制刷新）：浏览器不仅会对本地文件过期，而且不会带上 If-Modifed-Since，If-None-Match，相当于之前从来没有请求过，返回结果是 200。
• 地址栏回车： 浏览器发起请求，按照正常流程，本地检查是否过期，然后服务器检查新鲜度，最后返回内容。

浏览器本地存储

前端储存的方式有哪些？

• cookies： 在HTML5标准前本地储存的主要方式，优点是兼容性好，请求头自带cookie方便，缺点是大小只有4k，⾃动请求头加⼊cookie浪费流量，每个domain限制20个cookie，使⽤起来麻烦，需要⾃⾏封装；
• localStorage：HTML5加⼊的以键值对(Key-Value)为标准的方式，优点是操作⽅便，永久性储存（除非手动删除），大小为5M，兼容IE8+ ；
• sessionStorage：与localStorage基本类似，区别是sessionStorage当页面关闭后会被清理，⽽且与cookie、localStorage不同，他不能在所有同源窗⼝中共享，是会话级别的储存⽅式；
• Web SQL：2010年被W3C废弃的本地数据库数据存储⽅案，但是主流浏览器（⽕狐除外）都已经有了相关的实现，web sql类似于SQLite，是真正意义上的关系型数据库，⽤sql进⾏操作，当我们⽤JavaScript时要进⾏转换，较为繁琐；
• IndexedDB： 是被正式纳入HTML5标准的数据库储存⽅案，它是NoSQL数据库，⽤键值对进⾏储存，可以进⾏快速读取操作，非常适合web场景，同时⽤JavaScript进⾏操作会非常方便。

Cookie

Cookie是最早被提出来的本地存储方式，在此之前，服务端是无法判断网络中的两个请求是否是同一用户发起的，为解决这个问题，Cookie就出现了。Cookie的大小只有4kb，它是一种纯文本文件，每次发起HTTP请求都会携带Cookie。

Cookie的特性

• Cookie一旦创建成功，名称就无法修改
• Cookie是无法跨域名的，也就是说a域名和b域名下的cookie是无法共享的，这也是由Cookie的隐私安全性决定的，这样就能够阻止非法获取其他网站的Cookie
• 每个域名下Cookie的数量不能超过20个，每个Cookie的大小不能超过4kb
• 有安全问题，如果Cookie被拦截了，那就可获得session的所有信息，即使加密也于事无补，无需知道cookie的意义，只要转发cookie就能达到目的
• Cookie在请求一个新的页面的时候都会被发送过去

如果需要域名之间跨域共享Cookie，有两种方法：

1. 使用Nginx反向代理
2. 在一个站点登陆之后，往其他网站写Cookie。服务端的Session存储到一个节点，Cookie存储sessionId

Cookie的使用场景

● 最常见的使用场景就是Cookie和session结合使用，我们将sessionId存储到Cookie中，每次发请求都会携带这个sessionId，这样服务端就知道是谁发起的请求，从而响应相应的信息。
● 可以用来统计页面的点击次数

Cookie有哪些字段，作用分别是什么

Cookie由以下字段组成：

• Name：cookie的名称
• Value：cookie的值，对于认证cookie，value值包括web服务器所提供的访问令牌；
• Size： cookie的大小
• Path：可以访问此cookie的页面路径。 比如domain是abc.com，path是/test，那么只有/test路径下的页面可以读取此cookie。
• Secure： 指定是否使用HTTPS安全协议发送Cookie。使用HTTPS安全协议，可以保护Cookie在浏览器和Web服务器间的传输过程中不被窃取和篡改。该方法也可用于Web站点的身份鉴别，即在HTTPS的连接建立阶段，浏览器会检查Web网站的SSL证书的有效性。但是基于兼容性的原因（比如有些网站使用自签署的证书）在检测到SSL证书无效时，浏览器并不会立即终止用户的连接请求，而是显示安全风险信息，用户仍可以选择继续访问该站点。
• Domain：可以访问该cookie的域名，Cookie 机制并未遵循严格的同源策略，允许一个子域可以设置或获取其父域的 Cookie。当需要实现单点登录方案时，Cookie 的上述特性非常有用，然而也增加了 Cookie受攻击的危险，比如攻击者可以借此发动会话定置攻击。因而，浏览器禁止在 Domain 属性中设置.org、.com 等通用顶级域名、以及在国家及地区顶级域下注册的二级域名，以减小攻击发生的范围。
• HTTP： 该字段包含HTTPOnly 属性 ，该属性用来设置cookie能否通过脚本来访问，默认为空，即可以通过脚本访问。在客户端是不能通过js代码去设置一个httpOnly类型的cookie的，这种类型的cookie只能通过服务端来设置。该属性用于防止客户端脚本通过document.cookie属性访问Cookie，有助于保护Cookie不被跨站脚本攻击窃取或篡改。但是，HTTPOnly的应用仍存在局限性，一些浏览器可以阻止客户端脚本对Cookie的读操作，但允许写操作；此外大多数浏览器仍允许通过XMLHTTP对象读取HTTP响应中的Set-Cookie头。
• Expires/Max-size ： 此cookie的超时时间。若设置其值为一个时间，那么当到达此时间后，此cookie失效。不设置的话默认值是Session，意思是cookie会和session一起失效。当浏览器关闭(不是浏览器标签页，而是整个浏览器) 后，此cookie失效。

总结：
服务器端可以使用 Set-Cookie 的响应头部来配置 cookie 信息。一条cookie 包括了5个属性值 expires、domain、path、secure、HttpOnly。其中 expires 指定了 cookie 失效的时间，domain 是域名、path是路径，domain 和 path 一起限制了 cookie 能够被哪些 url 访问。secure 规定了 cookie 只能在确保安全的情况下传输，HttpOnly 规定了这个 cookie 只能被服务器访问，不能使用 js 脚本访问。

LocalStorage

LocalStorage是HTML5新引入的特性，由于有的时候我们存储的信息较大，Cookie就不能满足我们的需求，这时候LocalStorage就派上用场了。

LocalStorage的优点

• 在大小方面，LocalStorage的大小一般为5MB，可以储存更多的信息
• LocalStorage是持久储存，并不会随着页面的关闭而消失，除非主动清理，不然会永久存在
• 仅储存在本地，不像Cookie那样每次HTTP请求都会被携带

LocalStorage的缺点

• 存在浏览器兼容问题，IE8以下版本的浏览器不支持
• 如果浏览器设置为隐私模式，那我们将无法读取到LocalStorage
• LocalStorage受到同源策略的限制，即端口、协议、主机地址有任何一个不相同，都不会访问

LocalStorage的常用API

// 保存数据到 localStorage
localStorage.setItem('key', 'value');

// 从 localStorage 获取数据
let data = localStorage.getItem('key');

// 从 localStorage 删除保存的数据
localStorage.removeItem('key');

// 从 localStorage 删除所有保存的数据
localStorage.clear();

// 获取某个索引的Key
localStorage.key(index)

LocalStorage的使用场景

• 有些网站有换肤的功能，这时候就可以将换肤的信息存储在本地的LocalStorage中，当需要换肤的时候，直接操作LocalStorage即可
• 在网站中的用户浏览信息也会存储在LocalStorage中，还有网站的一些不常变动的个人信息等也可以存储在本地的LocalStorage中

SessionStorage

SessionStorage和LocalStorage都是在HTML5才提出来的存储方案，SessionStorage 主要用于临时保存同一窗口(或标签页)的数据，刷新页面时不会删除，关闭窗口或标签页之后将会删除这些数据。

SessionStorage与LocalStorage对比

• SessionStorage和LocalStorage都在本地进行数据存储；
• SessionStorage也有同源策略的限制，但是SessionStorage有一条更加严格的限制，SessionStorage只有在同一浏览器的同一窗口下才能够共享；
• LocalStorage和SessionStorage都不能被爬虫爬取；

SessionStorage的常用API

// 保存数据到 sessionStorage
sessionStorage.setItem('key', 'value');

// 从 sessionStorage 获取数据
let data = sessionStorage.getItem('key');

// 从 sessionStorage 删除保存的数据
sessionStorage.removeItem('key');

// 从 sessionStorage 删除所有保存的数据
sessionStorage.clear();

// 获取某个索引的Key
sessionStorage.key(index)

SessionStorage的使用场景

由于SessionStorage具有时效性，所以可以用来存储一些网站的游客登录的信息，还有临时的浏览记录的信息。当关闭网站之后，这些信息也就随之消除了。

Cookie、LocalStorage、SessionStorage区别

浏览器端常用的存储技术是 cookie 、localStorage 和 sessionStorage。

• cookie：其实最开始是服务器端用于记录用户状态的一种方式，由服务器设置，在客户端存储，然后每次发起同源请求时，发送给服务器端。cookie 最多能存储 4k 数据，它的生存时间由 expires 属性指定，并且 cookie 只能被同源的页面访问共享。
• sessionStorage：html5 提供的一种浏览器本地存储的方法，它借鉴了服务器端 session 的概念，代表的是一次会话中所保存的数据。它一般能够存储 5M 或者更大的数据，它在当前窗口关闭后就失效了，并且 sessionStorage 只能被同一个窗口的同源页面所访问共享。
• localStorage：html5 提供的一种浏览器本地存储的方法，它一般也能够存储 5M 或者更大的数据。它和 sessionStorage 不同的是，除非手动删除它，否则它不会失效，并且 localStorage 也只能被同源页面所访问共享。

上面三种方式都是存储少量数据的时候的存储方式，当需要在本地存储大量数据的时候，我们可以使用浏览器的 indexDB。这是浏览器提供的一种本地的数据库存储机制。它不是关系型数据库，它内部采用对象仓库的形式存储数据，它更接近 NoSQL 数据库。

Web Storage 和 cookie 的区别总结如下

• Web Storage是为了更大容量存储设计的。Cookie 的大小是受限的，并且每次你请求一个新的页面的时候 Cookie 都会被发送过去，这样无形中浪费了带宽；
• cookie 需要指定作用域，不可以跨域调用；
• Web Storage 拥有 setItem,getItem,removeItem,clear 等方法，不像 cookie 需要前端开发者自己封装 setCookie，getCookie；
• Cookie 也是不可以或缺的：Cookie 的作用是与服务器进行交互，作为 HTTP 规范的一部分而存在 ，而 Web Storage 仅仅是为了在本地“存储”数据而生。

IndexedDB有哪些特点？

• 键值对储存：IndexedDB 内部采用对象仓库（object store）存放数据。所有类型的数据都可以直接存入，包括 JavaScript 对象。对象仓库中，数据以"键值对"的形式保存，每一个数据记录都有对应的主键，主键是独一无二的，不能有重复，否则会抛出一个错误。
• 异步：IndexedDB 操作时不会锁死浏览器，用户依然可以进行其他操作，这与 LocalStorage 形成对比，后者的操作是同步的。异步设计是为了防止大量数据的读写，拖慢网页的表现。
• 支持事务：IndexedDB 支持事务（transaction），这意味着一系列操作步骤之中，只要有一步失败，整个事务就都取消，数据库回滚到事务发生之前的状态，不存在只改写一部分数据的情况。
• 同源限制：IndexedDB 受到同源限制，每一个数据库对应创建它的域名。网页只能访问自身域名下的数据库，而不能访问跨域的数据库。
• 储存空间大：IndexedDB 的储存空间比 LocalStorage 大得多，一般来说不少于 250MB，甚至没有上限。
• 支持二进制储存：IndexedDB 不仅可以储存字符串，还可以储存二进制数据（ArrayBuffer 对象和 Blob 对象）。