Node强缓存和协商缓存怎么实现

在Web开发中，缓存是提高应用性能的重要手段之一。通过缓存，可以减少服务器负载、加快页面加载速度，并提升用户体验。Node.js作为后端开发的热门选择，提供了多种方式来实现缓存机制。本文将详细介绍如何在Node.js中实现强缓存和协商缓存。

1. 缓存的基本概念

缓存可以分为两种主要类型：强缓存和协商缓存。

• 强缓存：浏览器在请求资源时，首先检查本地缓存。如果缓存未过期，浏览器直接使用缓存资源，不会向服务器发送请求。
• 协商缓存：当强缓存失效时，浏览器会向服务器发送请求，服务器根据请求头中的缓存标识（如ETag或Last-Modified）判断资源是否更新。如果资源未更新，服务器返回304状态码，浏览器继续使用缓存资源。

2. 强缓存的实现

强缓存主要通过设置响应头中的Cache-Control和Expires字段来实现。

2.1 使用Cache-Control

Cache-Control是HTTP/1.1中引入的缓存控制字段，常用的值有：

• max-age=<seconds>：指定资源的最大缓存时间，单位为秒。
• public：表示响应可以被任何缓存（包括客户端和代理服务器）缓存。
• private：表示响应只能被客户端缓存，不能被代理服务器缓存。
• no-cache：表示客户端可以缓存资源，但每次使用前必须向服务器验证资源是否更新。
• no-store：表示禁止缓存资源。

在Node.js中，可以通过设置响应头来实现强缓存：

const http = require('http');

http.createServer((req, res) => {
  res.setHeader('Cache-Control', 'public, max-age=3600'); // 缓存1小时
  res.end('Hello, World!');
}).listen(3000, () => {
  console.log('Server is running on port 3000');
});

2.2 使用Expires

Expires是HTTP/1.0中引入的缓存控制字段，用于指定资源的过期时间。它的值是一个GMT格式的日期字符串。

const http = require('http');

http.createServer((req, res) => {
  const expiresDate = new Date(Date.now() + 3600 * 1000).toUTCString();
  res.setHeader('Expires', expiresDate); // 缓存1小时
  res.end('Hello, World!');
}).listen(3000, () => {
  console.log('Server is running on port 3000');
});

需要注意的是，Expires的优先级低于Cache-Control，因此在现代Web开发中，推荐使用Cache-Control。

3. 协商缓存的实现

协商缓存主要通过ETag和Last-Modified两个字段来实现。

3.1 使用ETag

ETag是服务器为资源生成的唯一标识符。当资源发生变化时，ETag也会随之改变。浏览器在请求资源时，会携带If-None-Match头，其值为上次请求时服务器返回的ETag。服务器通过比较If-None-Match和当前资源的ETag来判断资源是否更新。

在Node.js中，可以通过计算资源的哈希值来生成ETag：

const http = require('http');
const crypto = require('crypto');

const generateETag = (content) => {
  return crypto.createHash('md5').update(content).digest('hex');
};

http.createServer((req, res) => {
  const content = 'Hello, World!';
  const etag = generateETag(content);

  if (req.headers['if-none-match'] === etag) {
    res.statusCode = 304;
    res.end();
  } else {
    res.setHeader('ETag', etag);
    res.end(content);
  }
}).listen(3000, () => {
  console.log('Server is running on port 3000');
});

3.2 使用Last-Modified

Last-Modified是服务器返回的资源最后修改时间。浏览器在请求资源时，会携带If-Modified-Since头，其值为上次请求时服务器返回的Last-Modified。服务器通过比较If-Modified-Since和当前资源的最后修改时间来判断资源是否更新。

在Node.js中，可以通过设置Last-Modified头来实现协商缓存：

const http = require('http');
const fs = require('fs');

http.createServer((req, res) => {
  const filePath = './resource.txt';
  const stats = fs.statSync(filePath);
  const lastModified = stats.mtime.toUTCString();

  if (req.headers['if-modified-since'] === lastModified) {
    res.statusCode = 304;
    res.end();
  } else {
    res.setHeader('Last-Modified', lastModified);
    const content = fs.readFileSync(filePath);
    res.end(content);
  }
}).listen(3000, () => {
  console.log('Server is running on port 3000');
});

4. 强缓存与协商缓存的结合使用

在实际开发中，通常会将强缓存和协商缓存结合使用。首先通过强缓存减少服务器请求，当强缓存失效时，再通过协商缓存验证资源是否更新。

const http = require('http');
const fs = require('fs');
const crypto = require('crypto');

const generateETag = (content) => {
  return crypto.createHash('md5').update(content).digest('hex');
};

http.createServer((req, res) => {
  const filePath = './resource.txt';
  const stats = fs.statSync(filePath);
  const lastModified = stats.mtime.toUTCString();
  const content = fs.readFileSync(filePath);
  const etag = generateETag(content);

  res.setHeader('Cache-Control', 'public, max-age=3600'); // 强缓存1小时
  res.setHeader('Last-Modified', lastModified);
  res.setHeader('ETag', etag);

  if (req.headers['if-none-match'] === etag || req.headers['if-modified-since'] === lastModified) {
    res.statusCode = 304;
    res.end();
  } else {
    res.end(content);
  }
}).listen(3000, () => {
  console.log('Server is running on port 3000');
});

5. 总结

通过合理使用强缓存和协商缓存，可以显著提升Web应用的性能。强缓存适用于那些不经常变化的静态资源，而协商缓存则适用于那些可能会频繁更新的资源。在实际开发中，应根据资源的特点选择合适的缓存策略，并结合使用Cache-Control、Expires、ETag和Last-Modified等字段来实现高效的缓存机制。