前言
Http 缓存机制作为 web 性能优化的重要手段，对于从事 Web 开发的同学们来说，应该是知识体系库中的一个基础环节，同时对于有志成为前端架构师的同学来说是必备的知识技能。
但是对于很多前端同学来说，仅仅只是知道浏览器会对请求的静态文件进行缓存，但是为什么被缓存，缓存是怎样生效的，却并不是很清楚。
在此，我会尝试用简单明了的文字，像大家系统的介绍HTTP缓存机制，期望对各位正确的理解前端缓存有所帮助。
在介绍HTTP缓存之前，作为知识铺垫，先简单介绍一下HTTP报文
HTTP报文就是浏览器和服务器间通信时发送及响应的数据块。
浏览器向服务器请求数据，发送请求(request)报文；服务器向浏览器返回数据，返回响应(response)报文。
报文信息主要分为两部分
1.包含属性的首部(header)--------------------------附加信息（cookie，缓存信息等）与缓存相关的规则信息，均包含在header中
2.包含数据的主体部分(body)-----------------------HTTP请求真正想要传输的部分
http报文中与缓存相关的首部字段
我们先来瞅一眼RFC2616规定的47种http报文首部字段中与缓存相关的字段，事先了解一下能让咱在心里有个底：
1. 通用首部字段（就是请求报文和响应报文都能用上的字段）
2. 请求首部字段
3. 响应首部字段
4. 实体首部字段
缓存规则解析
为方便大家理解，我们认为浏览器存在一个缓存数据库,用于存储缓存信息。
在客户端第一次请求数据时，此时缓存数据库中没有对应的缓存数据，需要请求服务器，服务器返回后，将数据存储至缓存数据库中。
HTTP缓存有多种规则，根据是否需要重新向服务器发起请求来分类，我将其分为两大类(强制缓存，对比缓存)
在详细介绍这两种规则之前，先通过时序图的方式，让大家对这两种规则有个简单了解。
已存在缓存数据时，仅基于强制缓存，请求数据的流程如下
已存在缓存数据时，仅基于对比缓存，请求数据的流程如下
对缓存机制不太了解的同学可能会问，基于对比缓存的流程下，不管是否使用缓存，都需要向服务器发送请求，那么还用缓存干什么？
这个问题，我们暂且放下，后文在详细介绍每种缓存规则的时候，会带给大家答案。
我们可以看到两类缓存规则的不同，强制缓存如果生效，不需要再和服务器发生交互，而对比缓存不管是否生效，都需要与服务端发生交互。
两类缓存规则可以同时存在，强制缓存优先级高于对比缓存，也就是说，当执行强制缓存的规则时，如果缓存生效，直接使用缓存，不再执行对比缓存规则。
强制缓存
从上文我们得知，强制缓存，在缓存数据未失效的情况下，可以直接使用缓存数据，那么浏览器是如何判断缓存数据是否失效呢？
我们知道，在没有缓存数据的时候，浏览器向服务器请求数据时，服务器会将数据和缓存规则一并返回，缓存规则信息包含在响应header中。
对于强制缓存来说，响应header中会有两个字段来标明失效规则（Expires/Cache-Control）
使用chrome的开发者工具，可以很明显的看到对于强制缓存生效时，网络请求的情况
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在 http1.0 时代，给客户端设定缓存方式可通过两个字段——“Pragma”和“Expires”来规范。虽然这两个字段早可抛弃，但为了做http协议的向下兼容，你还是可以看到很多网站依旧会带上这两个字段。
Pragma
当该字段值为“no-cache”的时候（事实上现在RFC中也仅标明该可选值），会知会客户端不要对该资源读缓存，即每次都得向服务器发一次请求才行。
Pragma属于通用首部字段，在客户端上使用时，常规要求我们往html上加上这段meta元标签（而且可能还得做些hack放到body后面去）：
<meta http-equiv="Pragma" content="no-cache">
它告诉浏览器每次请求页面时都不要读缓存，都得往服务器发一次请求才行。
BUT!!! 事实上这种禁用缓存的形式用处很有限：
1. 仅有IE才能识别这段meta标签含义，其它主流浏览器仅能识别“Cache-Control: no-store”的meta标签（见出处）。
2. 在IE中识别到该meta标签含义，并不一定会在请求字段加上Pragma，但的确会让当前页面每次都发新请求（仅限页面，页面上的资源则不受影响）。
做了测试后发现也的确如此，这种客户端定义Pragma的形式基本没起到多少作用。
不过如果是在响应报文上加上该字段就不一样了：
如上图红框部分是再次刷新页面时生成的请求，这说明禁用缓存生效，预计浏览器在收到服务器的Pragma字段后会对资源进行标记，禁用其缓存行为，进而后续每次刷新页面均能重新发出请求而不走缓存。
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Expires
Expires的值为服务端返回的到期时间，即下一次请求时，请求时间小于服务端返回的到期时间，直接使用缓存数据。
不过Expires 是HTTP 1.0的东西，现在默认浏览器均默认使用HTTP 1.1，所以它的作用基本忽略。
Expires的值对应一个GMT（格林尼治时间），比如“Mon, 22 Jul 2002 11:12:01 GMT”来告诉浏览器资源缓存过期时间，如果还没过该时间点则不发请求。
在客户端我们同样可以使用meta标签来知会IE（也仅有IE能识别）页面（同样也只对页面有效，对页面上的资源无效）缓存时间：
<meta http-equiv="expires" content="mon, 18 apr 2016 14:30:00 GMT">
如果希望在IE下页面不走缓存，希望每次刷新页面都能发新请求，那么可以把“content”里的值写为“-1”或“0”。
注意的是该方式仅仅作为知会IE缓存时间的标记，你并不能在请求或响应报文中找到Expires字段。
如果是在服务端报头返回Expires字段，则在任何浏览器中都能正确设置资源缓存的时间：
在上图里，缓存时间设置为一个已过期的时间点（见红框），则刷新页面将重新发送请求（见蓝框）。
那么如果Pragma和Expires一起上阵的话，听谁的？我们试一试就知道了：
我们通过Pragma禁用缓存，又给Expires定义一个还未到期的时间（红框），刷新页面时发现均发起了新请求（蓝框），这意味着Pragma字段的优先级会更高。
BUT，响应报文中Expires所定义的缓存时间是相对服务器上的时间而言的，如果客户端上的时间跟服务器上的时间不一致（特别是用户修改了自己电脑的系统时间），那缓存时间可能就没啥意义了（到期时间是由服务端生成的，但是客户端时间可能跟服务端时间有误差，这就会导致缓存命中的误差）。
所以HTTP 1.1 的版本，使用Cache-Control替代。
Cache-Control
针对上述的“Expires时间是相对服务器而言，无法保证和客户端时间统一”的问题，http1.1新增了 Cache-Control 来定义缓存过期时间，若报文中同时出现了 Pragma、Expires 和 Cache-Control，会以 Cache-Control 为准。
Cache-Control也是一个通用首部字段，这意味着它能分别在请求报文和响应报文中使用。在RFC中规范了 Cache-Control 的格式为：
"Cache-Control" ":" cache-directive
作为请求首部时，cache-directive 的可选值有：
作为响应首部时，cache-directive 的可选值有：
我们依旧可以在HTML页面加上meta标签来给请求报头加上 Cache-Control 字段：
另外 Cache-Control 允许自由组合可选值，例如：
Cache-Control: max-age=3600, must-revalidate
它意味着该资源是从原服务器上取得的，且其缓存（新鲜度）的有效时间为一小时，在后续一小时内，用户重新访问该资源则无须发送请求。
当然这种组合的方式也会有些限制，比如 no-cache 就不能和 max-age、min-fresh、max-stale 一起搭配使用。
组合的形式还能做一些浏览器行为不一致的兼容处理。例如在IE我们可以使用 no-cache 来防止点击“后退”按钮时页面资源从缓存加载，但在 Firefox 中，需要使用 no-store 才能防止历史回退时浏览器不从缓存中去读取数据，故我们在响应报头加上如下组合值即可做兼容处理：
Cache-Control: no-cache, no-store
Cache-Control 是最重要的规则。常见的取值有private、public、no-cache、max-age，no-store，默认为private。
private: 客户端可以缓存
public: 客户端和代理服务器都可缓存（前端的同学，可以认为public和private是一样的）
max-age=xxx: 缓存的内容将在 xxx 秒后失效
no-cache: 需要使用对比缓存来验证缓存数据（后面介绍）
no-store: 所有内容都不会缓存，强制缓存，对比缓存都不会触发（对于前端开发来说，缓存越多越好，so...基本上和它说886）
举个板栗
图中Cache-Control仅指定了max-age，所以默认为private，缓存时间为31536000秒（365天）
也就是说，在365天内再次请求这条数据，都会直接获取缓存数据库中的数据，直接使用。
对比缓存
对比缓存，顾名思义，需要进行比较判断是否可以使用缓存。
浏览器第一次请求数据时，服务器会将缓存标识与数据一起返回给客户端，客户端将二者备份至缓存数据库中。
再次请求数据时，客户端将备份的缓存标识发送给服务器，服务器根据缓存标识进行判断，判断成功后，返回304状态码，通知客户端比较成功，可以使用缓存数据。
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缓存校验字段
上述的首部字段均能让客户端决定是否向服务器发送请求，比如设置的缓存时间未过期，那么自然直接从本地缓存取数据即可（在chrome下表现为200 from cache），若缓存时间过期了或资源不该直接走缓存，则会发请求到服务器去。
我们现在要说的问题是，如果客户端向服务器发了请求，那么是否意味着一定要读取回该资源的整个实体内容呢？
我们试着这么想——客户端上某个资源保存的缓存时间过期了，但这时候其实服务器并没有更新过这个资源，如果这个资源数据量很大，客户端要求服务器再把这个东西重新发一遍过来，是否非常浪费带宽和时间呢？
答案是肯定的，那么是否有办法让服务器知道客户端现在存有的缓存文件，其实跟自己所有的文件是一致的，然后直接告诉客户端说“这东西你直接用缓存里的就可以了，我这边没更新过呢，就不再传一次过去了”。
为了让客户端与服务器之间能实现缓存文件是否更新的验证、提升缓存的复用率，Http1.1新增了几个首部字段来做这件事情：
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第一次访问：
再次访问：
通过两图的对比，我们可以很清楚的发现，在对比缓存生效时，状态码为304，并且报文大小和请求时间大大减少。
原因是，服务端在进行标识比较后，只返回header部分，通过状态码通知客户端使用缓存，不再需要将报文主体部分返回给客户端。
对于对比缓存来说，缓存标识的传递是我们着重需要理解的，它在请求header和响应header间进行传递，
一共分为两种标识传递，接下来，我们分开介绍。
1、Last-Modified / If-Modified-Since
Last-Modified：
服务器在响应请求时，告诉浏览器资源的最后修改时间。
服务器将资源传递给客户端时，会将资源最后更改的时间以“Last-Modified: GMT”的形式加在实体首部上一起返回给客户端。
客户端会为资源标记上该信息，下次再次请求时，会把该信息附带在请求报文中一并带给服务器去做检查，若传递的时间值与服务器上该资源最终修改时间是一致的，则说明该资源没有被修改过，直接返回304状态码即可。
至于传递标记起来的最终修改时间的请求报文首部字段一共有两个：
⑴ If-Modified-Since：Last-Modified-value
再次请求服务器时，通过此字段通知服务器：上次请求时服务器返回的资源最后修改时间。
服务器收到请求后发现有头If-Modified-Since 则与被请求资源的最后修改时间进行比对。
若资源的最后修改时间大于If-Modified-Since，说明资源又被改动过，则响应整片资源内容，返回状态码200；
若资源的最后修改时间小于或等于If-Modified-Since，说明资源无新修改，则响应HTTP 304，告知浏览器继续使用所保存的cache。
当前各浏览器均是使用的该请求首部来向服务器传递保存的 Last-Modified 值。
⑵ If-Unmodified-Since: Last-Modified-value
告诉服务器，若Last-Modified没有匹配上（资源在服务端的最后更新时间改变了），则应当返回412(Precondition Failed) 状态码给客户端。
当遇到下面情况时，If-Unmodified-Since 字段会被忽略：
1. Last-Modified值对上了（资源在服务端没有新的修改）； 2. 服务端需返回2XX和412之外的状态码； 3. 传来的指定日期不合法
Last-Modified 说好却也不是特别好，因为如果在服务器上，一个资源被修改了，但其实际内容根本没发生改变，会因为Last-Modified时间匹配不上而返回了整个实体给客户端（即使客户端缓存里有个一模一样的资源）。
2、Etag / If-None-Match（优先级高于Last-Modified / If-Modified-Since）
Etag：
服务器响应请求时，告诉浏览器当前资源在服务器的唯一标识（生成规则由服务器决定）。
为了解决上述Last-Modified可能存在的不准确的问题，Http1.1还推出了 ETag 实体首部字段。
服务器会通过某种算法，给资源计算得出一个唯一标志符（比如md5标志），在把资源响应给客户端的时候，会在实体首部加上“ETag: 唯一标识符”一起返回给客户端。
客户端会保留该 ETag 字段，并在下一次请求时将其一并带过去给服务器。服务器只需要比较客户端传来的ETag跟自己服务器上该资源的ETag是否一致，就能很好地判断资源相对客户端而言是否被修改过了。
如果服务器发现ETag匹配不上，那么直接以常规GET 200回包形式将新的资源（当然也包括了新的ETag）发给客户端；如果ETag是一致的，则直接返回304知会客户端直接使用本地缓存即可。
那么客户端是如何把标记在资源上的 ETag 传去给服务器的呢？请求报文中有两个首部字段可以带上 ETag 值：
(1) If-None-Match：
再次请求服务器时，通过此字段通知服务器客户段缓存数据的唯一标识。
服务器收到请求后发现有头If-None-Match 则与被请求资源的唯一标识进行比对，
不同，说明资源又被改动过，则响应整片资源内容，返回状态码200；
相同，说明资源无新修改，则响应HTTP 304，告知浏览器继续使用所保存的cache。
⑵ If-Match: ETag-value
告诉服务器如果没有匹配到ETag，或者收到了“*”值而当前并没有该资源实体，则应当返回412(Precondition Failed) 状态码给客户端。否则服务器直接忽略该字段。
If-Match 的一个应用场景是，客户端走PUT方法向服务端请求上传/更替资源，这时候可以通过 If-Match 传递资源的ETag。
需要注意的是，如果资源是走分布式服务器（比如CDN）存储的情况，需要这些服务器上计算ETag唯一值的算法保持一致，才不会导致明明同一个文件，在服务器A和服务器B上生成的ETag却不一样。
如果 Last-Modified 和 ETag 同时被使用，则要求它们的验证都必须通过才会返回304，若其中某个验证没通过，则服务器会按常规返回资源实体及200状态码。
总结
对于强制缓存，服务器通知浏览器一个缓存时间，在缓存时间内，下次请求，直接用缓存，不在时间内，执行比较缓存策略。
对于比较缓存，将缓存信息中的Etag和Last-Modified通过请求发送给服务器，由服务器校验，返回304状态码时，浏览器直接使用缓存。
浏览器第一次请求：
浏览器再次请求时：