筆者在剛開始寫網頁時，總是會遇到改了檔案重新整理畫面卻沒更新，或是更新了一張圖檔到伺服器但網頁內容沒有更換等情況，使得現在按 Ctrl/CMD + R 時，小指都會自動同時按下 Shift 來忽略快取；相信不少人多少都有類似的經驗吧？但到底什麼是快取呢？

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快取是什麼

想像一下，假設有個人叫做小明，他每天都會照三餐滑 Instagram 配飯吃，滑滑按按，可能一下子就看個好幾十張照片，就先算他個 50 張好了；又因為小明沒有朋友，所以很容易就滑到重複的內容了，可能看的 50 張裡有一半是看過的舊的照片。

小明在滑的過程中，其實就等同於不斷地向 Instagram 拿到下一則動態，但如果這則動態是小明先前看過的，如果又重複向伺服器拿取，一來一往之間就浪費了不少網路傳輸量；快取就是幫我們省下這個浪費，將你看過的東西留下來，在需要時便能直接拿出來用，不用再次向資料來源端請求。

在 幾天前 我們聊到了網站優化，文中提到了全世界網站內容的資源量不斷增加，現在（2019/09）網站的平均資源下載量已經到達 5M 之譜；但如果使用者已經造訪過該網站，其實有不少資源都可以重複利用對吧？例如不會變動的靜態資料、頁面中的部分圖檔等等；這些資源，便可以透過一層層的快取機制，將內容留存住。

快取的分層

既然快取就是將內容留存留存一份，方便下次取用，那麼應該留在哪裡呢？

從網站使用的方向來思考吧。首先是使用者的電腦及瀏覽器，在送出請求前，會先確認是否有本地快取（也就是我們清除快取在清除的東西），如果沒有或是快取過期，瀏覽器才會真正送出請求。

除此之外，如同我們 先前 聊到的，透過 JavaScript 操作 Web Storage API，也是可以做為快取的儲存層；接下來，我們拿的資源如果被放在 CDN，那麼我們就會連到最近的 CDN 節點取得資源；這些 CDN 節點對於伺服器來說，也算是一種內容快取；另外，在請求傳遞到伺服器的過程中，可能會經過路由、代理伺服器、負載平衡器等設備，這些也都是可以暫存資料的地方；最後請求真的到伺服器時，伺服器如果需要向其他外部服務取得資源如 DB、API 等等，也可以透過快取的方式來儲存常用資料。

這麼多種快取方式，是不是有點頭大啊？其實一切的目標就只有一個：重複利用資源以避免浪費效能。例如像前述 Instagram 的例子，一個每天有超過 5 億使用者的服務，藉由妥善的快取機制，能省下多少流量資源，自然不在話下。

網頁的快取機制

說了那麼多，但今天剩下的內容就聚焦在與前端較為相關的本地快取吧！

如同昨天說的 跨域問題，關於快取的設定也大都是由伺服器設定 Header 來進行控制。

Cache-Control

最常見的大概是 Cache-Control 了，它有四個狀態：

• public：公開的資源，可以被所有節點暫存
• private：私有的資源，只被允許儲存成使用者的本地快取
• no-cache：本地暫存，但使用前會先詢問過期沒
• no-store：不開快取

其中，public 及 private 還可以設定 max-age=... 來指定快取多久後會過期；例如 Cache-Control: private max-age=2592000，描述的是此資源僅可以被本地快取，有效期限是 30 天（60 x 60 x 24 x 30 = 2592000）

還有一個功能類似的設定：Expires，算是歷史產物吧；但根據 規範 所述，Expires 的值會被 max-age=... 蓋掉；暫時可以不用理它。

ETag

定義了快取過期時間，但如同 有些食物即使過期了仍然能吃 一樣，過期了不見得就不能用；如果檔案沒有更改過，是不是就不用重新下載資源了呢？

沒有錯，在上圖的最後有個 ETag 屬性，就是來解決這個需求的。

開發者可以在 Header 設定 ETag，值為檔案計算後的 hash 值；由於同一份檔案由同一個伺服器算出來的 ETag 會完全相同，當使用者快取過期，在重新請求資源時便會帶著 ETag，伺服器重新計算後，如果 ETag 值沒有變動，表示檔案沒有更動，將回傳 304，表示檔案未更動，可以直接繼續使用。

圖片來自 HTTP Cat <3

檔名控制

前面提到，可以藉由 max-age=... 來指定快取的有效期限對吧？但如果今天某資源在有效期限內有更動，前述的快取機制便會忽略掉這個更動，導致資源版本沒有同步。

這樣的問題，我們可以在程式的檔名加上類似 ETag 的 hash 值，當版本更新、檔案名稱更動，瀏覽器自然也會忽略快取，直接向新資源發送請求。

但總不可能每次修改都手動改檔名吧？當然，這時候就需要我們 前天說到的打包工具 了！例如最熱門的 Webpack，只需要在 output filename 的地方設定 contenthash，就可以快速的加上 hash 值囉：

// webpack.config.js
module.exports = {
  entry: './src/index.js',
  plugins: [
    new HtmlWebpackPlugin({
      title: 'Output Management',
      title: 'Caching'
    })
  ],
  output: {
    filename: '[name].[contenthash].js',
    path: path.resolve(__dirname, 'dist')
  }
}

如此一來，藉由 Header 及檔名的雙重控制，開發者便能完全控制使用者取得資源的快取方式了。

結語

Stack OverFlow 的共同創辦人 Jeff Atwood 曾說過這段話：

There are two hard things in computer science: cache invalidation, naming things, and off-by-one errors.

快取是優化效能的苦口良藥，控制得當能省下大量的資源，但要真的能完全控制得當就是一門大學問了；藉由 Cache-Control 及 ETag 兩個 Header 的設定，便可以將大部分的快取功能設置完成，如果真的有意外的更動，也可以透過打包工具變動檔名，讓使用者直接請求新資源。

那麼以上就是今天的快取淺淺談啦，若讀者您有任何疑問或不清楚的地方，都歡迎於底下留言討論。那麼前端篇也在今天告一段落啦，從明天開始又是全新的篇章，還請大家繼續鎖定本系列文，跟著筆者一起完成這趟旅程！

參考資料

• Google Web Fundamentals - HTTP 快取
• MDN - HTTP caching
• 鄭中勝 - Web 效能優化 – 伺服端快取 (Server-Side Cache)

筆者

Gary

半路出家網站工程師；半生熟的前端加上一點點的後端。
喜歡音樂，喜歡學習、分享，也喜歡當個遊戲宅。

相信一切安排都是最好的路。