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const app express(); const path require(path); app.get(/static/app.js, (req, res) { res.set(Cache-Control, public, max-age31536000, immutable); // 缓存一年且不可变 res.sendFile(path.join(__dirname, public, app.js)); }); app.get(/static/data.json, (req, res) { res.set(Cache-Control, private, max-age3600); // 仅客户端缓存一小时 res.sendFile(path.join(__dirname, public, data.json)); }); app.get(/api/users, (req, res) { res.set(Cache-Control, no-store); // 不缓存API数据 res.json([{ id: 1, name: Alice }]); }); app.listen(3000, () { console.log(Server listening on port 3000); });Expires这是 HTTP/1.0 的产物一个绝对时间戳表示资源过期的时间。如果同时存在Cache-Control和ExpiresCache-Control会被优先考虑。服务器端配置示例Node.js Express:app.get(/static/legacy.css, (req, res) { const oneHourLater new Date(Date.now() 3600 * 1000).toUTCString(); res.set(Expires, oneHourLater); // 缓存到具体时间 res.sendFile(path.join(__dirname, public, legacy.css)); });1.3 协商缓存详解询问服务器的谨慎当强缓存失效或配置为no-cache时浏览器会转向协商缓存。它会带上缓存标识符向服务器发起请求服务器根据这些标识符判断资源是否发生变化。Last-Modified与If-Modified-Since服务器响应头Last-Modified服务器在第一次响应资源时会带上Last-Modified字段表示资源的最后修改时间。浏览器请求头If-Modified-Since当浏览器再次请求该资源时会在请求头中带上If-Modified-Since字段其值为上次响应中的Last-Modified值。服务器接收到If-Modified-Since后会将其与资源的当前最后修改时间进行比较。如果资源未修改返回304 Not Modified浏览器继续使用本地缓存。如果资源已修改返回200 OK并附带新资源和新的Last-Modified值。服务器端配置示例Node.js Express:const fs require(fs); app.get(/index.html, (req, res) { const filePath path.join(__dirname, public, index.html); fs.stat(filePath, (err, stats) { if (err) return res.status(500).send(Error reading file); const lastModified stats.mtime.toUTCString(); res.set(Last-Modified, lastModified); if (req.headers[if-modified-since] lastModified) { return res.status(304).end(); // 资源未修改 } res.set(Cache-Control, no-cache); // 确保每次都协商 res.sendFile(filePath); // 返回新资源 }); });ETag与If-None-Match服务器响应头ETag服务器在第一次响应资源时会带上ETag字段其值是资源内容的唯一标识符通常是内容的哈希值。浏览器请求头If-None-Match当浏览器再次请求该资源时会在请求头中带上If-None-Match字段其值为上次响应中的ETag值。服务器接收到If-None-Match后会将其与资源的当前ETag进行比较。如果ETag匹配返回304 Not Modified浏览器使用本地缓存。如果ETag不匹配返回200 OK并附带新资源和新的ETag值。ETag比Last-Modified更精确因为它基于内容而不是时间。时间戳可能因为文件被重新保存而改变即使内容没有变化。服务器端配置示例Node.js Express:Express 默认会为文件自动生成ETag但我们可以手动控制。const crypto require(crypto); app.get(/index.html, (req, res) { const filePath path.join(__dirname, public, index.html); fs.readFile(filePath, (err, data) { if (err) return res.status(500).send(Error reading file); const etag crypto.createHash(md5).update(data).digest(hex); res.set(ETag, etag); if (req.headers[if-none-match] etag) { return res.status(304).end(); } res.set(Cache-Control, no-cache); // 确保每次都协商 res.sendFile(filePath); }); });1.4 缓存失效的难题版本更新的困境至此我们已经了解了浏览器缓存的工作方式。然而核心问题在于当我们的前端应用代码JavaScript、CSS、图片等发生变化并部署到服务器后如何确保用户的浏览器能够立即获取到这些更新而不是继续使用过期的缓存想象一下你更新了app.js文件修复了一个关键 bug。如果用户的浏览器仍然强缓存着旧的app.js那么他们可能永远无法体验到这个修复。即使是协商缓存也意味着每次访问都需要向服务器发送一次请求进行验证这仍然增加了网络开销。这就是“缓存失效”的难题。我们需要一种机制既能让浏览器尽可能地强缓存资源以提升性能又能确保在资源真正更新时浏览器能够“感知”到变化并获取新版本。二、文件名 Hash 策略解决缓存失效的利器文件名 Hash 策略正是解决强缓存一致性难题的强大工具。它的核心思想非常直观当文件内容发生变化时它的文件名也会随之改变。2.1 为什么需要文件名 Hash考虑一个没有文件名 Hash 的场景!-- index.html -- link relstylesheet href/static/css/main.css script src/static/js/app.js/script如果main.css和app.js被设置为强缓存例如Cache-Control: max-age31536000那么用户浏览器在一年内都不会再次请求这些文件。一旦你更新了main.css或app.js用户的浏览器仍然会使用旧的缓存版本导致界面或功能异常。为了解决这个问题我们可以尝试缩短max-age但这会增加服务器负载和网络请求违背了强缓存的初衷。2.2 文件名 Hash 的基本原理文件名 Hash 策略引入了一个唯一的标识符通常是文件内容的哈希值到文件名中。例如main.css-main.f7e3a2c9.cssapp.js-app.a1b2c3d4.js当main.css的内容发生变化时它的哈希值f7e3a2c9会变成一个新的值比如e0d1c2b3。那么新的文件名就变成了main.e0d1c2b3.css。关键点在于文件名改变即视为新资源对于浏览器而言main.f7e3a2c9.css和main.e0d1c2b3.css是两个完全不同的资源。旧资源仍可强缓存旧的文件main.f7e3a2c9.css仍然在用户的缓存中但因为它不再被index.html引用所以不会被使用。新资源首次加载并强缓存新的文件main.e0d1c2b3.css会被浏览器作为新资源请求一次然后根据其Cache-Control头部进行强缓存。这样我们就能够对这些静态资源设置非常长的强缓存时间例如一年因为只要它们的内容不变文件名就不会变浏览器会一直使用缓存。一旦内容改变文件名改变浏览器就会自动请求新文件。2.3 Hash 值的生成方式Hash 值通常是文件内容的摘要确保了只要内容有任何微小变化哈希值就会完全不同。常用的哈希算法有MD5虽然在安全性上已不推荐用于加密但作为文件内容的唯一标识符是足够的。SHA-1 / SHA-256更安全的哈希算法也能很好地作为文件内容标识符。在现代前端构建工具中如 Webpack、Rollup 等都内置了对文件名 Hash 的支持。Webpack 配置示例Webpack 提供了多种哈希类型最常用的是[contenthash]它根据文件内容生成哈希。webpack.config.js:const path require(path); const HtmlWebpackPlugin require(html-webpack-plugin); const MiniCssExtractPlugin require(mini-css-extract-plugin); module.exports { mode: production, entry: ./src/index.js, output: { filename: js/[name].[contenthash].js, // JS 文件名包含内容哈希 chunkFilename: js/[name].[contenthash].chunk.js, // 异步加载的 chunk 文件名也包含内容哈希 path: path.resolve(__dirname, dist), clean: true, // 每次构建前清理 dist 目录 }, module: { rules: [ { test: /.css$/, use: [ MiniCssExtractPlugin.loader, css-loader, ], }, { test: /.(png|svg|jpg|jpeg|gif|woff|woff2|eot|ttf|otf)$/i, type: asset/resource, generator: { filename: assets/[name].[contenthash][ext], // 图片、字体等资源也包含内容哈希 }, }, ], }, plugins: [ new HtmlWebpackPlugin({ template: ./public/index.html, // 基于此模板生成 HTML filename: index.html, // 输出的 HTML 文件名 }), new MiniCssExtractPlugin({ filename: css/[name].[contenthash].css, // CSS 文件名包含内容哈希 }), ], };src/index.js:import ./styles.css; // 导入 CSS import { greet } from ./utils; // 导入 JS 模块 console.log(greet(World)); // 异步加载模块示例 document.getElementById(load-data-btn).addEventListener(click, async () { const { fetchData } await import(./data-module.js); const data await fetchData(); console.log(Fetched data:, data); });public/index.html(模板):!DOCTYPE html html langen head meta charsetUTF-8 meta nameviewport contentwidthdevice-width, initial-scale1.0 titleMy Hashed App/title /head body div idrootHello from Hashed App!/div button idload-data-btnLoad Data/button /body /htmlWebpack 会自动解析index.html模板并将MiniCssExtractPlugin生成的 CSS 文件和output.filename定义的 JS 文件注入到head和body标签中并带有正确的哈希文件名。2.4 HTML 入口文件的特殊性虽然文件名 Hash 策略对 JS、CSS、图片等静态资源非常有效但对于作为应用入口的HTML 文件通常是index.html我们不能简单地对其使用强缓存。因为index.html文件内部引用了所有带有哈希值的 JS 和 CSS 文件。如果index.html被强缓存了那么即使我们部署了新的 JS/CSS 文件哈希值已变用户的浏览器也会继续使用旧的index.html从而引用旧的 JS/CSS 文件。因此index.html必须被特殊对待它需要能够及时更新以确保用户总是加载到最新的带有正确哈希值的文件引用。三、文件名 Hash 策略与强缓存、协商缓存的配合法则现在我们有了文件名 Hash 策略接下来就是如何将其与 HTTP 缓存机制强缓存和协商缓存进行恰当的配合以实现性能和一致性的最佳平衡。核心思想是对文件名经过 Hash 处理的静态资源采用激进的强缓存策略长max-ageimmutable。对作为应用入口的 HTML 文件或其他非哈希文件采用协商缓存或非常短的max-ageno-cache策略。让我们逐一分析。3.1 Hashed 静态资源的缓存策略这类资源包括 JavaScript 文件、CSS 文件、图片、字体文件等其文件名中包含了内容哈希。目标最大化缓存命中率最小化服务器请求。一旦文件下载到本地除非内容发生变化否则永远不要再次请求。推荐的 HTTP 响应头Cache-Control: public, max-age31536000, immutable ETag: content-hash-valuepublic: 允许所有缓存包括 CDN 和代理缓存此资源。max-age31536000: 设置非常长的过期时间例如一年31536000 秒。这意味着在一年内浏览器将直接从本地缓存中读取该文件无需向服务器发送任何请求。immutable: 进一步指示浏览器该资源在max-age期间内是不可变的。即使用户执行硬刷新CtrlF5 或 ShiftF5浏览器也不会向服务器发送重新验证请求。这对于哈希文件来说是完美的因为它们确实是不可变的。ETag: 虽然immutable和长max-age已经让协商缓存几乎没有机会发挥作用但提供ETag仍然是一个好习惯以防某些特殊情况或代理行为。服务器端配置示例Nginx在 Nginx 中我们可以通过location块匹配带有哈希的文件名模式并设置相应的缓存头。server { listen 80; server_name example.com; root /var/www/my-app/dist; # 你的前端应用构建目录 # 匹配带有哈希值的 JS、CSS、图片、字体文件 # 例如/js/app.a1b2c3d4.js, /css/main.f7e3a2c9.css, /assets/logo.e0d1c2b3.png location ~* .(js|css|png|jpg|jpeg|gif|svg|ico|woff|woff2|ttf|otf|eot)$ { add_header Cache-Control public, max-age31536000, immutable; # gzip 压缩可以进一步提升性能 gzip_static on; expires max; # 也可以使用 expires max; 来设置一年过期但Cache-Control更灵活 } # 其他非哈希文件如favicon.ico也可以根据需要设置缓存 location /favicon.ico { log_not_found off; access_log off; add_header Cache-Control public, max-age86400; # 缓存一天 } # ... 其他配置 ... }3.2 HTML 入口文件的缓存策略index.html是应用的入口点它引用了所有经过 Hash 处理的静态资源。它的目标是确保用户能够及时获取到最新的 HTML 文件以便能够加载到最新版本的 JS 和 CSS 文件。同时为了避免每次都完整下载 HTML我们仍然希望利用协商缓存。目标每次访问都与服务器协商但仅在内容有实际变化时才下载新文件。推荐的 HTTP 响应头Cache-Control: no-cache, must-revalidate ETag: html-content-hash-value Last-Modified: html-last-modified-timestampno-cache: 强制浏览器在每次使用缓存副本前必须向服务器发起请求进行验证。这确保了浏览器总是询问服务器是否有新版本。must-revalidate: 即使服务器无法响应浏览器也不得使用过期的缓存副本。这提供了更强的一致性保证。ETag: 服务器为index.html的内容生成哈希值。如果 HTML 内容发生变化例如JS/CSS 文件的哈希引用更新ETag也会改变。浏览器在请求头中发送If-None-Match服务器通过比较ETag来决定是返回 304 还是 200。Last-Modified: 作为ETag的备用或补充提供基于文件修改时间的协商缓存。服务器端配置示例Nginxserver { listen 80; server_name example.com; root /var/www/my-app/dist; # HTML 入口文件 location / { # 尝试查找 index.html try_files $uri $uri/ /index.html; # 对 index.html 应用协商缓存 # Nginx 默认会为静态文件生成 Last-Modified 和 ETag无需额外配置 # 只需要确保 Cache-Control 为 no-cache add_header Cache-Control no-cache, must-revalidate; } # ... 其他配置 ... }服务器端配置示例Node.js Expressconst express require(express); const app express(); const path require(path); const fs require(fs); const crypto require(crypto); const buildDir path.join(__dirname, dist); app.use(express.static(buildDir, { // 默认对静态文件设置强缓存但对于 index.html 需要特殊处理 maxAge: 31536000 * 1000, // 默认强缓存一年 immutable: true, // 默认标记为 immutable // 设置回调函数以覆盖 index.html 的缓存策略 setHeaders: (res, path, stat) { if (path.endsWith(index.html)) { // 对 index.html 设置协商缓存 res.set(Cache-Control, no-cache, must-revalidate); // Express 默认会为文件生成 ETag 和 Last-Modified // 如果需要自定义可以在这里覆盖 // const fileContent fs.readFileSync(path); // const etag crypto.createHash(md5).update(fileContent).digest(hex); // res.set(ETag, etag); } } })); // Fallback for SPA routing (e.g., /about should serve index.html) app.get(*, (req, res) { const indexPath path.join(buildDir, index.html); fs.readFile(indexPath, (err, data) { if (err) { console.error(Error serving index.html:, err); return res.status(500).send(Error loading application.); } const etag crypto.createHash(md5).update(data).digest(hex); const lastModified fs.statSync(indexPath).mtime.toUTCString(); res.set(Cache-Control, no-cache, must-revalidate); res.set(ETag, etag); res.set(Last-Modified, lastModified); if (req.headers[if-none-match] etag || req.headers[if-modified-since] lastModified) { return res.status(304).end(); } res.type(text/html).send(data); }); }); app.listen(3000, () { console.log(Server listening on port 3000); });3.3 缓存策略总结表资源类型文件名处理推荐缓存策略HTTP 响应头示例目的JS/CSS/图片/字体Hash强缓存(aggressive)Cache-Control: public, max-age31536000, immutable极致性能一旦下载永不验证除非文件名变了HTML 入口文件无 Hash协商缓存(no-cacheETag/Last-Modified)Cache-Control: no-cache, must-revalidate,ETag,Last-Modified确保及时获取最新版本引用新哈希文件同时利用 304 节省带宽API 接口N/A视数据而定Cache-Control: no-store或no-cache/max-ageETag确保数据实时性或适当缓存动态数据不可哈希的静态文件无 Hash协商缓存 或 短max-age 协商缓存Cache-Control: no-cache或max-age3600,ETag避免文件名哈希的复杂性通过协商确保更新或短时强缓存降低请求频率四、高级考量与潜在陷阱文件名 Hash 策略并非万能药在实际应用中还有许多细节和进阶场景需要考虑。4.1 Service Worker 的介入Service Worker 是一种在浏览器后台运行的独立脚本它能够拦截网络请求并对请求进行缓存管理。它提供了比 HTTP 缓存更强大、更灵活的控制能力。Service Worker 如何与文件名 Hash 配合预缓存 (Pre-caching)Service Worker 可以在安装阶段预先缓存所有哈希过的静态资源。这意味着即使是第一次访问用户也能体验到极快的加载速度因为资源在后台已经被 Service Worker 缓存了。缓存优先策略 (Cache-first)对于哈希资源Service Worker 可以采用“缓存优先”策略。当请求到来时Service Worker 首先检查自己的缓存如果有直接返回如果没有再去网络请求并缓存。这进一步强化了哈希资源的离线和性能体验。更新机制当新的应用版本部署时新的index.html会加载新的 Service Worker 脚本。新的 Service Worker 会安装并预缓存新的哈希资源然后激活。在激活阶段它可以清理掉旧版本的缓存确保用户始终使用最新版本的资源。Service Worker 示例 (service-worker.js):const CACHE_NAME my-app-cache-v1; // 缓存名称每次部署新版本应更新 const urlsToCache [ /, // 根路径通常是 index.html // 这些是构建工具生成的带有哈希的静态资源 // 它们会在构建时被动态注入到这个列表中 // 例如/js/app.a1b2c3d4.js, /css/main.f7e3a2c9.css // 实际项目中通常会通过构建工具生成一个 manifest 文件Service Worker 读取该文件 // 这里为简化假设手动列出或由构建工具替换 /js/app.a1b2c3d4.js, /css/main.f7e3a2c9.css, /assets/logo.e0d1c2b3.png ]; // 安装 Service Worker self.addEventListener(install, (event) { console.log(Service Worker: Installing...); event.waitUntil( caches.open(CACHE_NAME) .then((cache) { console.log(Service Worker: Caching assets:, urlsToCache); return cache.addAll(urlsToCache); }) .then(() self.skipWaiting()) // 强制新 Service Worker 立即激活 ); }); // 激活 Service Worker self.addEventListener(activate, (event) { console.log(Service Worker: Activating...); event.waitUntil( caches.keys().then((cacheNames) { return Promise.all( cacheNames.map((cacheName) { if (cacheName ! CACHE_NAME) { console.log(Service Worker: Deleting old cache:, cacheName); return caches.delete(cacheName); // 删除旧的缓存 } }) ); }).then(() self.clients.claim()) // 立即控制所有客户端 ); }); // 拦截网络请求 self.addEventListener(fetch, (event) { // 对于 HTML 请求通常是导航请求采用网络优先或Stale-While-Revalidate if (event.request.mode navigate) { event.respondWith( fetch(event.request).catch(() caches.match(/)) // 离线时返回首页 ); return; } // 对于哈希静态资源采用缓存优先 event.respondWith( caches.match(event.request) .then((response) { // 缓存中有直接返回 if (response) { return response; } // 缓存中没有去网络请求 return fetch(event.request).then((networkResponse) { // 检查响应是否有效 if (!networkResponse || networkResponse.status ! 200 || networkResponse.type ! basic) { return networkResponse; } // 克隆响应因为响应流只能被消费一次 const responseToCache networkResponse.clone(); caches.open(CACHE_NAME) .then((cache) { cache.put(event.request, responseToCache); // 缓存新的资源 }); return networkResponse; }); }) ); });在index.html中注册 Service Worker!DOCTYPE html html langen head meta charsetUTF-8 titleMy Hashed App/title /head body div idrootHello from Hashed App!/div script if (serviceWorker in navigator) { window.addEventListener(load, () { navigator.serviceWorker.register(/service-worker.js) .then(registration { console.log(Service Worker registered:, registration); }) .catch(error { console.error(Service Worker registration failed:, error); }); }); } /script /body /htmlService Worker 使得前端应用具备了更强大的离线能力和更精细的缓存控制但它的部署和更新逻辑也相对复杂需要仔细设计。4.2 CDN 缓存与index.html如果你的应用部署在 CDN 上CDN 会在边缘节点缓存资源以加速分发。这对于哈希静态资源是理想的因为它们可以被 CDN 长期缓存。然而index.html的处理在 CDN 上需要格外小心。如果 CDN 对index.html也进行了强缓存那么即使你的源站已经更新了index.html用户仍然可能从 CDN 节点获取到旧版本。解决方案配置 CDN 尊重源站的Cache-Control头大多数 CDN 都允许你配置。确保index.html的Cache-Control: no-cache, must-revalidate能够被 CDN 正确解析和遵循。CDN TTL (Time To Live)为index.html设置一个非常短的 TTL例如 5 分钟这意味着 CDN 每隔 5 分钟就会回源验证index.html是否有更新。这比完全没有缓存要好但仍然可能导致短时间的版本不一致。主动刷新/Purge CDN 缓存在部署新版本时可以手动或通过自动化脚本触发 CDN 的缓存刷新Purge操作强制 CDN 节点回源获取最新index.html。这通常作为部署流程的一部分。4.3 部署流程的原子性在部署新版本时确保index.html和其引用的新哈希资源能够同步上线至关重要。推荐的部署流程构建新版本生成新的哈希静态资源和更新后的index.html。上传新资源将所有新的哈希静态资源上传到服务器或 CDN。注意此时不要删除旧的哈希资源因为仍有用户可能在使用旧的index.html引用它们。上传新index.html最后上传新的index.html。清理旧资源可选延后在确认所有用户都已切换到新版本后可能需要几天或几周再清理服务器上不再被任何index.html引用的旧哈希资源。这种“先上传新资源再更新index.html”的顺序可以最大限度地减少用户在部署过程中遇到 404 错误或资源不匹配的情况。4.4 外部脚本/资源的缓存如果你的应用依赖于无法控制文件名哈希的外部脚本或资源例如第三方 SDK、统计脚本等它们的缓存策略将由其提供商控制。如果这些外部资源经常更新但其 URL 不变你可能需要考虑本地缓存副本如果许可可以下载这些外部脚本到本地并纳入你的构建流程进行哈希处理。但这会增加维护成本。查询字符串缓存破坏在引用外部脚本时添加一个版本号或时间戳作为查询参数script srchttps://example.com/third-party-sdk.js?v20231027/script当版本更新时更改v的值。但请注意有些代理服务器或 CDN 可能会忽略查询字符串导致缓存失效不彻底。4.5 客户端路由与缓存对于单页应用 (SPA)客户端路由如 React Router, Vue Router意味着用户在应用内部导航时并不会重新加载index.html。这意味着即使index.html有了新版本用户也可能不会立即看到。解决方案后台检查更新Service Worker 可以定期检查index.html是否有更新。一旦发现更新可以通知用户刷新页面或在用户不活跃时自动刷新。Websockets/SSE通过实时通信机制服务器可以直接通知客户端有新版本可用。版本管理在每次部署时在index.html或一个全局变量中嵌入当前应用的版本号。前端应用可以在每次路由切换时检查这个版本号如果发现与服务器上的最新版本不匹配就提示用户刷新。4.6 内存与磁盘缓存值得一提的是浏览器缓存分为内存缓存Memory Cache和磁盘缓存Disk Cache。内存缓存存储在内存中速度最快但生命周期与当前会话Tab 或浏览器进程相关。一旦 Tab 关闭内存缓存就会被释放。磁盘缓存存储在硬盘上生命周期更长即使浏览器关闭也能保留。HTTP 缓存控制主要影响磁盘缓存。文件名哈希策略加上长max-age和immutable主要利用的是磁盘缓存的持久性。这意味着即使关闭浏览器再打开只要缓存未过期且文件名未变资源仍然可以直接从磁盘缓存中获取。五、总结与展望文件名 Hash 策略与 HTTP 强缓存、协商缓存的配合是现代前端性能优化和一致性保障的基石。通过对不同类型资源采取差异化的缓存策略对内容哈希的静态资源采用激进的强缓存策略max-agelong, immutable我们实现了极高的缓存命中率和卓越的加载性能。对作为应用入口的 HTML 文件采用谨慎的协商缓存策略no-cache, ETag/Last-Modified我们确保了用户能够及时获取到最新版本从而加载到正确的哈希资源。这套组合拳不仅解决了前端部署中的版本一致性难题也极大地提升了用户体验。配合 Service Worker 等高级技术我们甚至能构建出具备离线能力和即时更新体验的渐进式 Web 应用PWA。当然缓存的世界是复杂的其中涉及 CDN、代理、Service Worker 等多个层面。深入理解并合理配置这些机制是每一位前端工程师和运维工程师的必备技能。只有在性能和一致性之间找到最佳平衡点我们才能为用户提供真正流畅、可靠的 Web 应用体验。