Frontend Cachingstrategieën: HTTP Cache en Service Worker Cache

In de wereld van webontwikkeling is het optimaliseren van websiteprestaties van het grootste belang. Een trage website kan leiden tot gefrustreerde gebruikers, hogere bouncepercentages en uiteindelijk een negatieve impact op uw bedrijf. Caching, een techniek voor het opslaan en hergebruiken van eerder opgehaalde bronnen, speelt een cruciale rol bij het verbeteren van de websitesnelheid en het verminderen van de serverbelasting. Dit artikel geeft een uitgebreid overzicht van twee belangrijke frontend cachingstrategieën: HTTP-caching en Service Worker-caching.

De basisprincipes van caching begrijpen

Caching omvat het opslaan van kopieën van bronnen, zoals HTML, CSS, JavaScript, afbeeldingen en andere assets, dichter bij de gebruiker. Wanneer een gebruiker een bron opvraagt, controleert de browser of een caching-tussenpersoon eerst of er een gecachte kopie beschikbaar is. Als dat het geval is (een "cache hit"), wordt de bron vanuit de cache geserveerd, waardoor een trip naar de oorspronkelijke server wordt vermeden. Dit vermindert de latentie aanzienlijk en verbetert de laadtijden.

Er zijn verschillende niveaus van caching, waaronder browsercache, proxycache en server-side cache. Dit artikel richt zich op frontend caching, specifiek op hoe de ingebouwde HTTP-cache van de browser en de meer geavanceerde Service Worker-cache te benutten.

HTTP Caching: De mogelijkheden van de browser benutten

HTTP-caching is het ingebouwde mechanisme van de browser voor het opslaan en ophalen van bronnen. Het wordt aangestuurd door HTTP-headers die door de server worden meegestuurd in de reactie op een verzoek. Deze headers geven instructies aan de browser over hoe lang een bron in de cache moet worden bewaard en onder welke voorwaarden deze als geldig moet worden beschouwd.

Belangrijke HTTP Cache Headers

• Cache-Control: Dit is de belangrijkste header voor het beheren van HTTP-caching. Hiermee kunt u verschillende richtlijnen specificeren, zoals:
• max-age=seconden: Geeft de maximale tijd aan dat een bron als vers wordt beschouwd. Na deze tijd moet de browser de cache opnieuw valideren bij de server. Voorbeeld: Cache-Control: max-age=3600 (1 uur in de cache bewaren).
• s-maxage=seconden: Vergelijkbaar met max-age, maar specifiek van toepassing op gedeelde caches zoals CDN's. Voorbeeld: Cache-Control: max-age=3600, s-maxage=86400 (1 uur in de browser, 1 dag in een CDN in de cache bewaren).
• public: Geeft aan dat de respons door elke cache kan worden opgeslagen, inclusief gedeelde caches.
• private: Geeft aan dat de respons alleen door de browser kan worden gecachet en niet door gedeelde caches. Handig voor gebruikersspecifieke gegevens.
• no-cache: Dwingt de browser om de cache opnieuw te valideren bij de server voordat deze wordt gebruikt, zelfs als deze nog vers is.
• no-store: Voorkomt dat de browser de respons überhaupt in de cache opslaat.
• Expires: Een oudere header die een absolute datum en tijd specificeert waarop de bron vervalt. Cache-Control heeft over het algemeen voorrang op Expires als beide aanwezig zijn. Voorbeeld: Expires: Wed, 21 Oct 2024 07:28:00 GMT
• ETag: Een unieke identificatie voor een specifieke versie van een bron. De browser stuurt de ETag in de If-None-Match request-header tijdens de her-validatie. Als de bron niet is gewijzigd, retourneert de server een 304 Not Modified-respons, wat aangeeft dat de browser de gecachte versie kan gebruiken.
• Last-Modified: Geeft aan wanneer de bron voor het laatst is gewijzigd. De browser stuurt de Last-Modified-datum in de If-Modified-Since request-header tijdens de her-validatie. Net als bij ETag kan de server een 304 Not Modified-respons retourneren als de bron niet is gewijzigd.

Praktische voorbeelden van HTTP Caching

Voorbeeld 1: Statische assets cachen (afbeeldingen, CSS, JavaScript):

Voor statische assets die zelden veranderen, kunt u een lange max-age-waarde instellen:

            Cache-Control: public, max-age=31536000  

            

              
                Copy
              
            
          

Dit vertelt de browser om de bron voor een jaar (31.536.000 seconden) in de cache te bewaren en dat deze door elke cache kan worden opgeslagen (public).

Voorbeeld 2: Dynamische content cachen met her-validatie:

Voor dynamische content die vaker verandert, kunt u no-cache gebruiken in combinatie met ETag of Last-Modified voor her-validatie:

            Cache-Control: no-cache, must-revalidate
ETag: "unieke-etag-waarde"

            

              
                Copy
              
            
          

Dit dwingt de browser om de cache te her-valideren bij de server voordat deze wordt gebruikt. De server kan vervolgens de ETag gebruiken om te bepalen of de bron is gewijzigd en een 304 Not Modified-respons retourneren als dat niet het geval is.

Voorbeeld 3: Geversioneerde assets serveren:

Een gebruikelijke praktijk is om een versienummer in de bestandsnaam van de asset op te nemen (bijv. style.v1.css). Wanneer de asset verandert, werkt u het versienummer bij, waardoor de browser wordt gedwongen de nieuwe versie te downloaden. Dit stelt u in staat om assets agressief te cachen zonder u zorgen te hoeven maken over het serveren van verouderde content.

Best Practices voor HTTP Caching

• Gebruik een CDN: Content Delivery Networks (CDN's) distribueren de content van uw website over meerdere servers die geografisch dichter bij de gebruikers staan. Dit vermindert de latentie en verbetert de laadtijden, vooral voor gebruikers in andere delen van de wereld. Populaire CDN's zijn onder meer Cloudflare, Akamai en Amazon CloudFront. Een website in Japan die afbeeldingen laadt van een server in Europa, zal veel baat hebben bij een CDN met servers in Azië.
• Maak gebruik van browsercaching: Configureer uw server om de juiste HTTP-cacheheaders voor al uw bronnen te verzenden.
• Gebruik cache-busting technieken: Pas technieken toe zoals versionering of queryparameters om browsers te dwingen bijgewerkte bronnen te downloaden wanneer ze veranderen.
• Monitor de cacheprestaties: Gebruik browser-ontwikkelaarstools en server-side analytics om de cache-hitrates te monitoren en gebieden voor verbetering te identificeren.

Service Worker Cache: Geavanceerde controle en offline mogelijkheden

Service Workers zijn JavaScript-bestanden die op de achtergrond draaien, los van de hoofd-thread van de browser. Ze fungeren als een proxy tussen de browser en het netwerk, waardoor u netwerkverzoeken kunt onderscheppen en geavanceerde cachingstrategieën kunt implementeren.

Service Workers zijn een sleuteltechnologie achter Progressive Web Apps (PWA's), die functies zoals offline toegang, pushmeldingen en achtergrondsynchronisatie mogelijk maken.

Hoe Service Workers werken

1. Registratie: De Service Worker wordt geregistreerd door uw webpagina.
2. Installatie: De Service Worker wordt in de browser geïnstalleerd. Dit is waar u doorgaans essentiële bronnen vooraf cachet.
3. Activatie: De Service Worker wordt actief en begint met het beheren van netwerkverzoeken voor pagina's binnen zijn bereik.
4. Onderschepping: De Service Worker onderschept netwerkverzoeken en kan ervoor kiezen om bronnen uit de cache te serveren, ze van het netwerk op te halen of zelfs een synthetische respons te creëren.

Belangrijke Service Worker API's voor Caching

• Cache API: Biedt een mechanisme voor het opslaan en ophalen van gecachte responses. Hiermee kunt u benoemde caches maken en items toevoegen, bijwerken en verwijderen.
• Fetch API: Wordt gebruikt om netwerkverzoeken te doen vanuit de Service Worker.
• addEventListener('install', ...): De event-handler die wordt uitgevoerd wanneer de service worker voor het eerst wordt geïnstalleerd. Dit wordt vaak gebruikt om belangrijke assets vooraf te cachen.
• addEventListener('activate', ...): De event-handler die wordt uitgevoerd wanneer de service worker actief wordt. Dit wordt vaak gebruikt om oude caches op te ruimen.
• addEventListener('fetch', ...): De event-handler die netwerkverzoeken onderschept. Hier bevindt zich de cachinglogica.

Cachingstrategieën met Service Workers

Met Service Workers kunt u verschillende cachingstrategieën implementeren die zijn afgestemd op verschillende soorten bronnen en netwerkomstandigheden. Hier zijn enkele veelvoorkomende strategieën:

• Cache First: Serveer de bron altijd vanuit de cache als deze beschikbaar is. Als deze niet in de cache staat, haal hem dan op van het netwerk en sla hem op in de cache voor toekomstig gebruik. Dit is ideaal voor statische assets die zelden veranderen.
• Network First: Probeer de bron altijd eerst van het netwerk op te halen. Als het netwerk beschikbaar is, serveer de bron en update de cache. Als het netwerk niet beschikbaar is, serveer de bron dan vanuit de cache. Dit is geschikt voor dynamische content die zo actueel mogelijk moet zijn.
• Cache, then Network: Serveer de bron onmiddellijk vanuit de cache terwijl tegelijkertijd de nieuwste versie van het netwerk wordt opgehaald. Update de cache met de nieuwe versie wanneer deze arriveert. Dit zorgt voor een snelle eerste laadtijd en garandeert dat de gebruiker uiteindelijk de nieuwste content krijgt.
• Stale-While-Revalidate: Serveer de bron onmiddellijk vanuit de cache. Haal op de achtergrond de nieuwste versie op van het netwerk en update de cache. De volgende keer dat de bron wordt opgevraagd, wordt de bijgewerkte versie geserveerd. Deze strategie zorgt voor een snelle eerste laadtijd en garandeert dat de gebruiker uiteindelijk altijd de meest recente versie krijgt, zonder het eerste verzoek te blokkeren.
• Network Only: Haal de bron altijd op van het netwerk. Gebruik nooit de cache. Dit is geschikt voor bronnen die nooit in de cache mogen worden opgeslagen, zoals gevoelige gebruikersgegevens.
• Cache Only: Serveer de bron altijd vanuit de cache. Haal deze nooit op van het netwerk. Dit is handig voor scenario's waarin u wilt garanderen dat de bron altijd offline beschikbaar is.

Praktische voorbeelden van Service Worker Caching

Voorbeeld 1: Cache First-strategie voor statische assets:

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

        // Niet in cache - haal op van netwerk
        return fetch(event.request).then(
          response => {
            // Controleer of we een geldige respons hebben ontvangen
            if (!response || response.status !== 200 || response.type !== 'basic') {
              return response;
            }

            // BELANGRIJK: Kloon de respons. Een respons is een stream
            // en omdat we willen dat zowel de browser de respons consumeert
            // als de cache de respons consumeert, moeten we
            // deze klonen.
            const responseToCache = response.clone();

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

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

            

              
                Copy
              
            
          

Dit codefragment demonstreert de Cache First-strategie. De Service Worker controleert eerst of de gevraagde bron beschikbaar is in de cache. Als dat zo is, serveert hij de bron vanuit de cache. Zo niet, dan haalt hij de bron op van het netwerk, slaat deze op in de cache en serveert deze vervolgens aan de browser.

Voorbeeld 2: Stale-While-Revalidate-strategie voor dynamische content:

            self.addEventListener('fetch', event => {
  event.respondWith(
    caches.open('mijn-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
              
            
          

Dit codefragment demonstreert de Stale-While-Revalidate-strategie. De Service Worker serveert de bron onmiddellijk vanuit de cache. Op de achtergrond haalt hij de nieuwste versie op van het netwerk en werkt de cache bij. De volgende keer dat de bron wordt opgevraagd, wordt de bijgewerkte versie geserveerd.

Best Practices voor Service Worker Caching

• Gebruik een bibliotheek voor cachingstrategieën: Bibliotheken zoals Workbox vereenvoudigen de ontwikkeling van Service Workers door kant-en-klare cachingstrategieën en hulpprogramma's aan te bieden. Dit kan u tijd en moeite besparen en ervoor zorgen dat uw cachinglogica robuust en betrouwbaar is.
• Beheer cacheversies: Wanneer u uw Service Worker bijwerkt, moet u de oude cache ongeldig maken en een nieuwe aanmaken. Dit voorkomt dat verouderde bronnen worden geserveerd. Gebruik de activate-event om oude caches op te ruimen.
• Handel fouten correct af: Implementeer foutafhandeling om netwerkstoringen en cache-missers correct af te handelen. Bied fallback-content aan of informeer de gebruiker dat de bron niet beschikbaar is.
• Test grondig: Test uw Service Worker-cachinglogica onder verschillende netwerkomstandigheden en in verschillende browseromgevingen om ervoor te zorgen dat deze werkt zoals verwacht. Gebruik browser-ontwikkelaarstools om de cache te inspecteren en netwerkverzoeken te monitoren.
• Houd rekening met de gebruikerservaring: Ontwerp uw cachingstrategie met de gebruikerservaring in gedachten. Geef de gebruiker feedback wanneer een bron wordt opgehaald van het netwerk of de cache. Voorkom dat verouderde content te lang wordt geserveerd.

Vergelijking van HTTP Cache en Service Worker Cache

Hoewel zowel HTTP-caching als Service Worker-caching tot doel hebben de websiteprestaties te verbeteren, verschillen ze in hun mogelijkheden en gebruiksscenario's.

Globale overwegingen voor Caching

Houd bij het implementeren van cachingstrategieën voor een wereldwijd publiek rekening met het volgende:

• Netwerkomstandigheden: Gebruikers in verschillende regio's kunnen te maken hebben met wisselende netwerksnelheden en betrouwbaarheid. Pas uw cachingstrategie aan om rekening te houden met deze verschillen. Gebruikers in gebieden met onbetrouwbaar internet zullen bijvoorbeeld veel baat hebben bij robuuste offline-ondersteuning.
• CDN-dekking: Kies een CDN met een wereldwijd netwerk van servers om ervoor te zorgen dat uw content snel wordt geleverd aan gebruikers in alle regio's. Controleer of het CDN Points of Presence (PoP's) heeft in regio's die cruciaal zijn voor uw publiek.
• Gegevensprivacy: Houd rekening met de regelgeving inzake gegevensprivacy in verschillende landen bij het cachen van gebruikersspecifieke gegevens. Zorg ervoor dat u voldoet aan wetten zoals de AVG en CCPA.
• Taal en lokalisatie: Overweeg om gelokaliseerde versies van uw website te cachen om een betere gebruikerservaring te bieden aan gebruikers in verschillende talen en regio's.
• Cache-invalidatie: Implementeer een betrouwbare strategie voor cache-invalidatie om ervoor te zorgen dat gebruikers altijd de nieuwste content krijgen, zelfs als deze regelmatig verandert. Besteed speciale aandacht aan updates van gelokaliseerde content.

Conclusie

Frontend caching is een essentiële techniek voor het optimaliseren van websiteprestaties en het verbeteren van de gebruikerservaring. Door gebruik te maken van HTTP-caching en Service Worker-caching kunt u de laadtijden aanzienlijk verkorten, de serverbelasting verminderen en offline toegang bieden tot de content van uw website. Overweeg zorgvuldig de specifieke behoeften van uw website en uw doelgroep bij het kiezen en implementeren van cachingstrategieën. Door best practices toe te passen en uw cachingprestaties continu te monitoren, kunt u ervoor zorgen dat uw website een snelle en betrouwbare ervaring biedt aan gebruikers over de hele wereld.