Frontend стратегии за кеширане: HTTP кеш и Service Worker кеш

В света на уеб разработката оптимизирането на производителността на уебсайта е от първостепенно значение. Бавният уебсайт може да доведе до разочаровани потребители, по-висок процент на отпадане и в крайна сметка до отрицателно въздействие върху вашия бизнес. Кеширането, техника за съхраняване и повторно използване на предварително извлечени ресурси, играе жизненоважна роля за подобряване на скоростта на уебсайта и намаляване на натоварването на сървъра. Тази статия предоставя подробен преглед на две ключови frontend стратегии за кеширане: HTTP кеширане и Service Worker кеширане.

Разбиране на основите на кеширането

Кеширането включва съхраняване на копия от ресурси, като HTML, CSS, JavaScript, изображения и други активи, по-близо до потребителя. Когато потребител поиска ресурс, браузърът или кеширащ посредник първо проверява дали има налично кеширано копие. Ако има такова („попадение в кеша“), ресурсът се предоставя от кеша, като се избягва пътуване до основния сървър. Това значително намалява латентността и подобрява времето за зареждане.

Съществуват няколко нива на кеширане, включително кеш на браузъра, прокси кеш и кеш от страна на сървъра. Тази статия се фокусира върху frontend кеширането, по-конкретно как да се възползвате от вградения HTTP кеш на браузъра и по-усъвършенствания Service Worker кеш.

HTTP кеширане: Използване на възможностите на браузъра

HTTP кеширането е вграденият механизъм на браузъра за съхраняване и извличане на ресурси. То се контролира от HTTP хедъри, изпратени от сървъра в отговор на заявка. Тези хедъри предоставят инструкции на браузъра за това колко дълго да кешира даден ресурс и при какви условия той трябва да се счита за валиден.

Ключови HTTP кеш хедъри

• Cache-Control: Това е най-важният хедър за контролиране на HTTP кеширането. Той ви позволява да посочите различни директиви, като:
• max-age=секунди: Посочва максималното време, за което ресурсът се счита за актуален. След това време браузърът трябва да валидира отново кеша със сървъра. Пример: Cache-Control: max-age=3600 (кеширане за 1 час).
• s-maxage=секунди: Подобно на max-age, но се прилага специално за споделени кешове като CDN. Пример: Cache-Control: max-age=3600, s-maxage=86400 (кеширане за 1 час в браузъра, 1 ден в CDN).
• public: Показва, че отговорът може да бъде кеширан от всеки кеш, включително споделени кешове.
• private: Показва, че отговорът може да бъде кеширан само от браузъра, а не от споделени кешове. Полезно за данни, специфични за потребителя.
• no-cache: Принуждава браузъра да валидира отново кеша със сървъра, преди да го използва, дори и все още да е актуален.
• no-store: Предотвратява кеширането на отговора от браузъра изобщо.
• Expires: По-стар хедър, който указва абсолютна дата и час, когато ресурсът изтича. Cache-Control обикновено има предимство пред Expires, ако и двата присъстват. Пример: Expires: Wed, 21 Oct 2024 07:28:00 GMT
• ETag: Уникален идентификатор за конкретна версия на ресурс. Браузърът изпраща ETag в хедъра на заявката If-None-Match по време на повторна валидация. Ако ресурсът не се е променил, сървърът връща отговор 304 Not Modified, което показва, че браузърът може да използва кешираната версия.
• Last-Modified: Показва последния път, когато ресурсът е бил променен. Браузърът изпраща датата от Last-Modified в хедъра на заявката If-Modified-Since по време на повторна валидация. Подобно на ETag, сървърът може да върне отговор 304 Not Modified, ако ресурсът не се е променил.

Практически примери за HTTP кеширане

Пример 1: Кеширане на статични активи (изображения, CSS, JavaScript):

За статични активи, които рядко се променят, можете да зададете дълга стойност на max-age:

            Cache-Control: public, max-age=31536000  

            

              
                Copy
              
            
          

Това казва на браузъра да кешира ресурса за една година (31 536 000 секунди) и че той може да бъде кеширан от всеки кеш (public).

Пример 2: Кеширане на динамично съдържание с повторна валидация:

За динамично съдържание, което се променя по-често, можете да използвате no-cache заедно с ETag или Last-Modified за повторна валидация:

            Cache-Control: no-cache, must-revalidate
ETag: "unique-etag-value"

            

              
                Copy
              
            
          

Това принуждава браузъра да валидира отново кеша със сървъра, преди да го използва. След това сървърът може да използва ETag, за да определи дали ресурсът се е променил и да върне отговор 304 Not Modified, ако не е.

Пример 3: Предоставяне на версии на активи:

Често срещана практика е да се включва номер на версия във файла на актива (напр. style.v1.css). Когато активът се промени, вие актуализирате номера на версията, принуждавайки браузъра да изтегли новата версия. Това ви позволява агресивно да кеширате активи, без да се притеснявате, че ще предоставите остаряло съдържание.

Най-добри практики за HTTP кеширане

• Използвайте CDN: Мрежите за доставка на съдържание (CDN) разпространяват съдържанието на вашия уебсайт на множество сървъри, географски по-близо до потребителите. Това намалява латентността и подобрява времето за зареждане, особено за потребители в различни части на света. Популярните CDN включват Cloudflare, Akamai и Amazon CloudFront. Уебсайт в Япония, който зарежда изображения от сървър в Европа, ще се възползва значително от CDN със сървъри в Азия.
• Използвайте кеширането на браузъра: Конфигурирайте сървъра си да изпраща подходящи HTTP кеш хедъри за всички ваши ресурси.
• Използвайте техники за „пробиване“ на кеша (cache busting): Прилагайте техники като версииране или параметри на заявката, за да принудите браузърите да изтеглят актуализирани ресурси, когато се променят.
• Следете производителността на кеша: Използвайте инструментите за разработчици на браузъра и анализи от страна на сървъра, за да следите процента на попадения в кеша и да идентифицирате области за подобрение.

Service Worker кеш: Разширен контрол и офлайн възможности

Service Workers са JavaScript файлове, които работят във фонов режим, отделно от основната нишка на браузъра. Те действат като прокси между браузъра и мрежата, позволявайки ви да прихващате мрежови заявки и да прилагате усъвършенствани стратегии за кеширане.

Service Workers са ключова технология зад прогресивните уеб приложения (PWA), която позволява функции като офлайн достъп, push известия и фонова синхронизация.

Как работят Service Workers

1. Регистрация: Service Worker се регистрира от вашата уеб страница.
2. Инсталиране: Service Worker се инсталира в браузъра. Тук обикновено се кешират предварително основните ресурси.
3. Активиране: Service Worker става активен и започва да контролира мрежовите заявки за страници в неговия обхват.
4. Прихващане: Service Worker прихваща мрежови заявки и може да избере да предоставя ресурси от кеша, да ги изтегли от мрежата или дори да създаде синтетичен отговор.

Ключови Service Worker API-та за кеширане

• Cache API: Предоставя механизъм за съхраняване и извличане на кеширани отговори. Позволява ви да създавате именувани кешове и да добавяте, актуализирате и изтривате записи.
• Fetch API: Използва се за отправяне на мрежови заявки от Service Worker.
• addEventListener('install', ...): Обработчикът на събития, който се изпълнява, когато Service Worker е инсталиран за първи път. Обикновено се използва за предварително кеширане на важни активи.
• addEventListener('activate', ...): Обработчикът на събития, който се изпълнява, когато Service Worker стане активен. Обикновено се използва за почистване на стари кешове.
• addEventListener('fetch', ...): Обработчикът на събития, който прихваща мрежови заявки. Тук се намира логиката за кеширане.

Стратегии за кеширане със Service Workers

Service Workers ви позволяват да прилагате различни стратегии за кеширане, съобразени с различните видове ресурси и мрежови условия. Ето някои често срещани стратегии:

• Първо кеш (Cache First): Винаги предоставяйте ресурса от кеша, ако е наличен. Ако не е в кеша, изтеглете го от мрежата и го съхранете в кеша за бъдеща употреба. Това е идеално за статични активи, които рядко се променят.
• Първо мрежа (Network First): Винаги се опитвайте първо да изтеглите ресурса от мрежата. Ако мрежата е налична, предоставете ресурса и актуализирайте кеша. Ако мрежата не е налична, предоставете ресурса от кеша. Това е подходящо за динамично съдържание, което трябва да бъде възможно най-актуално.
• Кеш, след това мрежа (Cache, then Network): Предоставяйте ресурса от кеша незабавно, като същевременно изтегляте най-новата версия от мрежата. Актуализирайте кеша с новата версия, когато тя пристигне. Това осигурява бързо първоначално зареждане и гарантира, че потребителят в крайна сметка ще получи най-новото съдържание.
• Остарял, докато се валидира отново (Stale-While-Revalidate): Предоставяйте ресурса от кеша незабавно. Във фонов режим изтеглете най-новата версия от мрежата и актуализирайте кеша. Следващият път, когато ресурсът бъде заявен, ще бъде предоставена актуализираната версия. Тази стратегия осигурява бързо първоначално зареждане и гарантира, че потребителят винаги ще получи най-новата версия в крайна сметка, без да блокира първоначалната заявка.
• Само мрежа (Network Only): Винаги изтегляйте ресурса от мрежата. Никога не използвайте кеша. Това е подходящо за ресурси, които никога не трябва да се кешират, като например чувствителни потребителски данни.
• Само кеш (Cache Only): Винаги предоставяйте ресурса от кеша. Никога не го изтегляйте от мрежата. Това е полезно за сценарии, при които искате да гарантирате, че ресурсът е винаги достъпен офлайн.

Практически примери за Service Worker кеширане

Пример 1: Стратегия „Първо кеш“ (Cache First) за статични активи:

            self.addEventListener('fetch', event => {
  event.respondWith(
    caches.match(event.request)
      .then(response => {
        // Cache hit - return response
        if (response) {
          return response;
        }

        // Not in cache - fetch from network
        return fetch(event.request).then(
          response => {
            // Check if we received a valid response
            if (!response || response.status !== 200 || response.type !== 'basic') {
              return response;
            }

            // IMPORTANT: Clone the response. A response is a stream
            // and because we want the browser to consume the response
            // as well as the cache consuming the response, we need
            // to clone it.
            const responseToCache = response.clone();

            caches.open('my-site-cache')
              .then(cache => {
                cache.put(event.request, responseToCache);
              });

            return response;
          }
        );
      })
  );
});

            

              
                Copy
              
            
          

Този фрагмент от код демонстрира стратегията „Първо кеш“ (Cache First). Service Worker първо проверява дали заявеният ресурс е наличен в кеша. Ако е, той предоставя ресурса от кеша. Ако не е, той изтегля ресурса от мрежата, съхранява го в кеша и след това го предоставя на браузъра.

Пример 2: Стратегия „Остарял, докато се валидира отново“ (Stale-While-Revalidate) за динамично съдържание:

            self.addEventListener('fetch', event => {
  event.respondWith(
    caches.open('my-site-cache').then(cache => {
      return cache.match(event.request).then(response => {
        const fetchPromise = fetch(event.request).then(networkResponse => {
          cache.put(event.request, networkResponse.clone());
          return networkResponse;
        });
        return response || fetchPromise;
      })
    })
  );
});

            

              
                Copy
              
            
          

Този фрагмент от код демонстрира стратегията „Остарял, докато се валидира отново“ (Stale-While-Revalidate). Service Worker предоставя ресурса от кеша незабавно. Във фонов режим той изтегля най-новата версия от мрежата и актуализира кеша. Следващият път, когато ресурсът бъде заявен, ще бъде предоставена актуализираната версия.

Най-добри практики за Service Worker кеширане

• Използвайте библиотека със стратегии за кеширане: Библиотеки като Workbox опростяват разработката на Service Worker, като предоставят предварително изградени стратегии за кеширане и помощни инструменти. Това може да ви спести време и усилия и да гарантира, че вашата логика за кеширане е стабилна и надеждна.
• Управлявайте версиите на кеша: Когато актуализирате своя Service Worker, трябва да анулирате стария кеш и да създадете нов. Това предотвратява предоставянето на остарели ресурси. Използвайте събитието activate, за да почистите старите кешове.
• Обработвайте грешките елегантно: Внедрете обработка на грешки, за да се справяте елегантно с мрежови повреди и пропуски в кеша. Осигурете резервно съдържание или информирайте потребителя, че ресурсът не е наличен.
• Тествайте обстойно: Тествайте логиката си за кеширане със Service Worker при различни мрежови условия и в различни браузърни среди, за да сте сигурни, че работи според очакванията. Използвайте инструментите за разработчици на браузъра, за да инспектирате кеша и да наблюдавате мрежовите заявки.
• Вземете предвид потребителското изживяване: Проектирайте стратегията си за кеширане с мисъл за потребителското изживяване. Предоставяйте обратна връзка на потребителя, когато даден ресурс се изтегля от мрежата или от кеша. Избягвайте да предоставяте остаряло съдържание твърде дълго.

Сравнение на HTTP кеш и Service Worker кеш

Въпреки че и HTTP кеширането, и кеширането със Service Worker имат за цел да подобрят производителността на уебсайта, те се различават по своите възможности и случаи на употреба.

Глобални съображения при кеширането

Когато прилагате стратегии за кеширане за глобална аудитория, вземете предвид следното:

• Мрежови условия: Потребителите в различните региони може да имат различна скорост и надеждност на мрежата. Адаптирайте стратегията си за кеширане, за да отчетете тези разлики. Например, потребителите в райони с ненадежден интернет достъп ще се възползват значително от стабилна офлайн поддръжка.
• Покритие на CDN: Изберете CDN с глобална мрежа от сървъри, за да гарантирате, че съдържанието ви се доставя бързо до потребители във всички региони. Проверете дали CDN има точки на присъствие (PoPs) в региони, които са критични за вашата аудитория.
• Поверителност на данните: Внимавайте с разпоредбите за поверителност на данните в различните страни, когато кеширате специфични за потребителя данни. Уверете се, че спазвате закони като GDPR и CCPA.
• Език и локализация: Обмислете кеширането на локализирани версии на вашия уебсайт, за да осигурите по-добро потребителско изживяване за потребители на различни езици и в различни региони.
• Анулиране на кеша: Внедрете надеждна стратегия за анулиране на кеша, за да гарантирате, че потребителите винаги получават най-новото съдържание, дори когато то се променя често. Обърнете специално внимание на актуализациите на локализираното съдържание.

Заключение

Frontend кеширането е основна техника за оптимизиране на производителността на уебсайта и подобряване на потребителското изживяване. Чрез използването на HTTP кеширане и Service Worker кеширане можете значително да намалите времето за зареждане, да намалите натоварването на сървъра и да осигурите офлайн достъп до съдържанието на вашия уебсайт. Внимателно обмислете специфичните нужди на вашия уебсайт и вашата целева аудитория, когато избирате и прилагате стратегии за кеширане. Като възприемете най-добрите практики и непрекъснато наблюдавате ефективността на кеширането си, можете да гарантирате, че вашият уебсайт предоставя бързо и надеждно изживяване на потребителите по целия свят.