浅析Http中的缓存机制

写这篇博客的意义完全是为了后边继续写OkHttp源码阅读系列中的CacheInterceptor做铺垫，作为移动端开发人员来说，Http的缓存机制并不是很熟悉，在阅读OkHttp源码过程中发现CacheInterceptor拦截器中好多字段的定义和方法很难懂(看懵逼了)，所以通过Google和Baidu了解到，有必要先铺垫一下Http是怎么进行缓存，进而才能更好的理解OkHttp的缓存拦截器。

HTTP报文

我们经常提到的报文信息究竟指的是什么呢，其实Http报文就是客户端和服务器之间通信时发送及相应的数据块。
客户端向服务器请求数据，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。
一个报文信息主要包括两个内容:

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
包含数据的主体部分(body) HTTP请求真正想要传输的部分

缓存规则

为了方便理解，后面会将客户端指定为浏览器，并且认为浏览器中存在一个缓存数据库，用于存储缓存信息。以上只是为了方便理解，实际不一定是数据库，我们只是统称存储数据的容器叫缓存数据库。
OK，有了上边的假设之后，在浏览器第一次访问数据时，此时缓存数据库中没有对应的缓存数据，需要请求服务器，服务器返回信息后，将数据存储到缓存数据库中。流程图如下:

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上述内容提到了缓存规则，在Http中缓存规则有很多种，根据是否需要重新向服务器发请求来分类的话，可以将其分为两大类:强制缓存和对比缓存。
在详细介绍这两种缓存规则之前，我们可以根据两组时序图来大致了解下两种缓存规则:

已存在缓存数据时，仅基于强制缓存，请求数据的流程如下

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已存在缓存数据时，仅基于对比缓存，请求数据的流程如下

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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。有人可能会问既然必须要请求服务器，还要缓存干嘛啊，这个问题先卖个关子，后边会说到。
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

为了方便理解和更直观的体现，后面所有的客户端都以浏览器为例子。
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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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。
另一个问题是，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

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（Android端可以认为public和private是一样的）
max-age 缓存内容将在xxx多少秒后失效
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。

通过chrome的开发者工具，从上边举得例子中随便找一个缓存:

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该数据缓存将在600秒后失效。

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。
第一次请求数据:

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第二次请求数据:

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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。

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。

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第一次请求数据时，服务器返回数据最后的修改时间

If-Modified-Since

再次请求服务器时，通过If-Modified-Since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。

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Etag / If-None-Match

它的优先级高于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）。

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第一次请求时，服务器返回数据资源的唯一标识.

If-None-Match

再次请求服务器时，通过If-None-Match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。
这里我不就截图了，因为我访问的链接时https的，所以chrome开发者工具看不到请求头，这里忽略一下，其实就是一个字段而已。

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。

最后两张流程图做下总结:

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了解了HTTP缓存机制后，下面我们就可以分析OkHttp的缓存拦截器CacheInterceptor了