服务器网页缓存的深入分析

Expires、Cache-Control、Last-Modified、ETag是RFC 2616（HTTP/1.1）协议中和网页缓存相关的几个字段。前两个用来控制缓存的失效日期，后两个用来验证网页的有效性。要注意的是，HTTP/1.0有一个功能比较弱的缓存控制机制：Pragma，使用HTTP/1.0的缓存将忽略Expires和Cache-Control头。我们这里以Apache2.0服务器为例，只讨论HTTP/1.1协议。

Expires

Expires字段声明了一个网页或URL地址不再被浏览器缓存的时间，一旦超过了这个时间，浏览器都应该联系原始服务器。RFC告诉我们：“由于推断的失效时间也许会降低语义透明度，应该被谨慎使用，同时我们鼓励原始服务器尽可能提供确切的失效时间。”

对于一般的纯静态页面，如html、gif、jpg、css、js，默认安装的Apache服务器，不会在响应头添加这个字段。Firefox浏览器接受到相应后，如果发现没有Expires字段，浏览器根据文件的类型和“Last-Modified”字段来推断出一个合适的失效时间，并存储在客户端。推测出的时间一般是接受到响应时间后的三天左右。

Apache的expires_module模块可以在Http响应头部自动加上Expires字段。在Apache的httpd.conf文件中进行如下配置：

#启用expires_module模块
LoadModule expires_module modules/mod_expires.so
# 启用有效期控制
ExpiresActive On
# GIF有效期为1个月
ExpiresByType image/gif A2592000
# HTML文档的有效期是最后修改时刻后的一星期
ExpiresByType text/html M604800
#以下的含义类似
ExpiresByType text/css “now plus 2 month”
ExpiresByType text/js “now plus 2 day”
ExpiresByType image/jpeg “access plus 2 month”
ExpiresByType image/bmp “access plus 2 month”
ExpiresByType image/x-icon “access plus 2 month”
ExpiresByType image/png “access plus 2 month”

对于动态页面，如果在页面内部没有通过函数强制加上Expires，例如header(”Expires: ” . gmdate(”D, d M Y H:i:s”) . ” GMT”)，Apache服务器会把Wed, 11 Jan 1984 05:00:00 GMT
作为Expires字段内容，返回给浏览器。即认为动态页面总是失效的。而浏览器仍然会保存已经失效的动态页面。

可以发现Firefox浏览器总是缓存所有页面，不管失效、不失效还是没有声明失效时间。即使缓存中声明了一个网页的实效日期是1970-01-01 08:00:00，浏览器仍然会发送该文件在缓存中的Last-Modified和ETag字段。 如果在服务器端验证通过，返回304状态，浏览器就还会使用此缓存。

Cache-Control

Cache-Control字段中可以声明多些元素，例如no-cache, must-revalidate, max-age=0等。这些元素用来指明页面被缓存最大时限，如何被缓存的，如何被转换到另一个不同的媒介，以及如何被存放在持久媒介中的。但是任何一个Cache-Control指令都不能保证隐私性或者数据的安全性。“private”和“no-store”指令可以为隐私性和安全性方面提供一些帮助，但是他们并不能用于替代身份验证和加密。

Apache的mod_cern_meta模块允许文件级Http响应头部的控制，同时它也可以配置Cache-Control头（或任何其他头）。响应头文件是放在原始目录的子目录中，根据原始文件名所命名的一个文件。具体用法请参阅Apache的官方网站。

其中Cache-Control : max-age表示失效日期。如果没有启动mod_cern_meta模块，Apache服务器会把Expires字段中的日期换算成以秒为单位的一个delta值，赋值给max-age。如果启动mod_cern_meta模块，并且配置了max-age值，Apache会将这个覆盖Expires字段。同时，max-age隐含了Canche-Control: public。这样浏览器接受到的Cache-Control : max-age和Expires值就是一致的。

如果失效日期Cache-Control : max-ag=0或者是负值，浏览器会在对应的缓存中把Expires设置为1970-01-01 08:00:00。

Last-Modified

Last-Modified和ETag是条件请求(Conditional Request)相关的两个字段。如果一个缓存收到了针对一个页面的请求，它发送一个验证请求询问服务器页面是否已经更改，在HTTP头里面带上”ETag”和”If Modify Since”头。服务器根据这些信息判断是否有更新信息，如果没有，就返回HTTP 304（Not Modify）；如果有更新，返回HTTP 200和更新的页面内容，并且携带新的”ETag”和”Last-Modified”。

使用这个机制，能够避免重复发送文件给浏览器，不过仍然会产生一个HTTP请求。

一般纯静态页面本身都会有Last-Modified信息，Apache服务器会读取页面文件中的Last-Modified信息，并添加到http响应头部。

对于动态页面，如果在页面内部没有通过函数强制加上Last-Modified，例如header(”Last-Modified: ” . gmdate(”D, d M Y H:i:s”) . ” GMT”)，Apache服务器会把当前时间作为Last-Modified，返回给浏览器。

无论是纯静态页面还是动态页面，Firefox浏览器巧妙地按照接受到服务器响应的时间设置缓存页面的Last-Modified，而不是按照http响应头部中的Last-Modified字段。

ETag

既然有了Last-Modified，为什么还要用ETag字段呢？因为如果在一秒钟之内对一个文件进行两次更改，Last-Modified就会不正确。因此，HTTP/1.1利用Entity Tag头提供了更加严格的验证。

Apache服务器默认情况下，会对所有的静态、动态文件的响应头添加ETag字段。

在Apache的httpd.conf文件中可以通过FileETag指令配置该选项。FileETag指令配置了当文档是基于一个文件时用以创建Etag（entity tag）响应头的文件的属性。在Apache 1.3.22及以前，ETag的值是对文件的索引节（INode），大小（Size）和最后修改时间（MTime）进行Hash后得到的。 如果一个目录的配置包含了‘FileETag INode MTime Size’而其一个子目录包含了‘FileETag -INode’那么这个子目录的设置（并会被其下任何没有进行覆盖的子目录继承）将等价于‘FileETag MTime Size’。

在多台负载平衡的服务器环境下，同一个文件会有不同的etag或者文件修改日期，浏览器每次都会重新下载。设置‘FileETag None’可以使响应头不再包含ETag字段。