Strategier for frontend-caching: HTTP-cache og Service Worker-cache

I en verden av webutvikling er optimalisering av nettsideytelse avgjørende. En treg nettside kan føre til frustrerte brukere, høyere fluktfrekvens og til syvende og sist en negativ innvirkning på virksomheten din. Caching, en teknikk for å lagre og gjenbruke tidligere hentede ressurser, spiller en avgjørende rolle i å forbedre nettsidens hastighet og redusere serverbelastningen. Denne artikkelen gir en omfattende oversikt over to sentrale strategier for frontend-caching: HTTP-caching og Service Worker-caching.

Forstå grunnleggende prinsipper for caching

Caching innebærer å lagre kopier av ressurser, som HTML, CSS, JavaScript, bilder og andre filer, nærmere brukeren. Når en bruker ber om en ressurs, sjekker nettleseren eller en mellomliggende cache først om en bufret kopi er tilgjengelig. Hvis den er det (et "cache-treff"), serveres ressursen fra cachen, og man unngår en tur til opprinnelsesserveren. Dette reduserer latens betydelig og forbedrer lastetidene.

Det finnes flere nivåer av caching, inkludert nettleser-cache, proxy-cache og server-side-cache. Denne artikkelen fokuserer på frontend-caching, spesifikt hvordan man kan utnytte nettleserens innebygde HTTP-cache og den mer avanserte Service Worker-cachen.

HTTP-caching: Utnyttelse av nettleserens kapasiteter

HTTP-caching er nettleserens innebygde mekanisme for å lagre og hente ressurser. Den styres av HTTP-headere sendt fra serveren i responsen på en forespørsel. Disse headerne gir instruksjoner til nettleseren om hvor lenge en ressurs skal caches og under hvilke betingelser den skal anses som gyldig.

Sentrale HTTP-cache-headere

• Cache-Control: Dette er den viktigste headeren for å kontrollere HTTP-caching. Den lar deg spesifisere ulike direktiver, som:
• max-age=sekunder: Spesifiserer den maksimale tiden en ressurs anses som fersk. Etter denne tiden må nettleseren revalidere cachen med serveren. Eksempel: Cache-Control: max-age=3600 (cache i 1 time).
• s-maxage=sekunder: Ligner på max-age, men gjelder spesifikt for delte cacher som CDN-er. Eksempel: Cache-Control: max-age=3600, s-maxage=86400 (cache i 1 time i nettleseren, 1 dag i et CDN).
• public: Indikerer at responsen kan caches av enhver cache, inkludert delte cacher.
• private: Indikerer at responsen kun kan caches av nettleseren og ikke av delte cacher. Nyttig for brukerspesifikke data.
• no-cache: Tvinger nettleseren til å revalidere cachen med serveren før den brukes, selv om den fortsatt er fersk.
• no-store: Forhindrer nettleseren i å cache responsen i det hele tatt.
• Expires: En eldre header som spesifiserer en absolutt dato og et tidspunkt for når ressursen utløper. Cache-Control overstyrer generelt Expires hvis begge er til stede. Eksempel: Expires: Wed, 21 Oct 2024 07:28:00 GMT
• ETag: En unik identifikator for en spesifikk versjon av en ressurs. Nettleseren sender ETag i If-None-Match-forespørselshoderen under revalidering. Hvis ressursen ikke har endret seg, returnerer serveren en 304 Not Modified-respons, noe som indikerer at nettleseren kan bruke den bufrede versjonen.
• Last-Modified: Indikerer siste gang ressursen ble endret. Nettleseren sender Last-Modified-datoen i If-Modified-Since-forespørselshoderen under revalidering. I likhet med ETag kan serveren returnere en 304 Not Modified-respons hvis ressursen ikke har endret seg.

Praktiske eksempler på HTTP-caching

Eksempel 1: Caching av statiske filer (bilder, CSS, JavaScript):

For statiske filer som sjelden endres, kan du sette en lang max-age-verdi:

            Cache-Control: public, max-age=31536000  

            

              
                Copy
              
            
          

Dette forteller nettleseren at den skal cache ressursen i ett år (31 536 000 sekunder) og at den kan caches av enhver cache (public).

Eksempel 2: Caching av dynamisk innhold med revalidering:

For dynamisk innhold som endres oftere, kan du bruke no-cache sammen med ETag eller Last-Modified for revalidering:

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

            

              
                Copy
              
            
          

Dette tvinger nettleseren til å revalidere cachen med serveren før den brukes. Serveren kan deretter bruke ETag for å avgjøre om ressursen har endret seg og returnere en 304 Not Modified-respons hvis den ikke har det.

Eksempel 3: Servering av versjonerte filer:

En vanlig praksis er å inkludere et versjonsnummer i filnavnet (f.eks. style.v1.css). Når filen endres, oppdaterer du versjonsnummeret, noe som tvinger nettleseren til å laste ned den nye versjonen. Dette lar deg cache filer aggressivt uten å bekymre deg for å servere utdatert innhold.

Beste praksis for HTTP-caching

• Bruk et CDN: Content Delivery Networks (CDN-er) distribuerer nettsidens innhold på tvers av flere servere som er geografisk nærmere brukerne. Dette reduserer latens og forbedrer lastetider, spesielt for brukere i andre deler av verden. Populære CDN-er inkluderer Cloudflare, Akamai og Amazon CloudFront. En nettside i Japan som laster bilder fra en server i Europa, vil ha stor nytte av et CDN med servere i Asia.
• Utnytt nettleser-caching: Konfigurer serveren din til å sende passende HTTP-cache-headere for alle ressursene dine.
• Bruk "cache busting"-teknikker: Bruk teknikker som versjonering eller query-parametere for å tvinge nettlesere til å laste ned oppdaterte ressurser når de endres.
• Overvåk cache-ytelse: Bruk nettleserens utviklerverktøy og server-side-analyse for å overvåke treffraten i cachen og identifisere områder for forbedring.

Service Worker-cache: Avansert kontroll og offline-kapasiteter

Service Workers er JavaScript-filer som kjører i bakgrunnen, atskilt fra nettleserens hovedtråd. De fungerer som en proxy mellom nettleseren og nettverket, og lar deg avskjære nettverksforespørsler og implementere avanserte caching-strategier.

Service Workers er en sentral teknologi bak Progressive Web Apps (PWA-er), og muliggjør funksjoner som offline-tilgang, push-varsler og bakgrunnssynkronisering.

Hvordan Service Workers fungerer

1. Registrering: Service Worker-en registreres av nettsiden din.
2. Installasjon: Service Worker-en installeres i nettleseren. Det er her du vanligvis forhåndscacher essensielle ressurser.
3. Aktivering: Service Worker-en blir aktiv og begynner å kontrollere nettverksforespørsler for sider innenfor sitt omfang.
4. Avskjæring: Service Worker-en avskjærer nettverksforespørsler og kan velge å servere ressurser fra cachen, hente dem fra nettverket, eller til og med lage en syntetisk respons.

Sentrale Service Worker API-er for caching

• Cache API: Tilbyr en mekanisme for å lagre og hente bufrede responser. Det lar deg opprette navngitte cacher og legge til, oppdatere og slette oppføringer.
• Fetch API: Brukes til å gjøre nettverksforespørsler fra Service Worker-en.
• addEventListener('install', ...): Hendelsesbehandleren som kjører når Service Worker-en først installeres. Denne brukes ofte til å forhåndscache viktige filer.
• addEventListener('activate', ...): Hendelsesbehandleren som kjører når Service Worker-en blir aktiv. Denne brukes ofte til å rydde opp i gamle cacher.
• addEventListener('fetch', ...): Hendelsesbehandleren som avskjærer nettverksforespørsler. Det er her caching-logikken ligger.

Caching-strategier med Service Workers

Service Workers lar deg implementere ulike caching-strategier skreddersydd for forskjellige typer ressurser og nettverksforhold. Her er noen vanlige strategier:

• Cache First (Cache først): Server alltid ressursen fra cachen hvis den er tilgjengelig. Hvis den ikke er i cachen, hent den fra nettverket og lagre den i cachen for fremtidig bruk. Dette er ideelt for statiske filer som sjelden endres.
• Network First (Nettverk først): Prøv alltid å hente ressursen fra nettverket først. Hvis nettverket er tilgjengelig, server ressursen og oppdater cachen. Hvis nettverket er utilgjengelig, server ressursen fra cachen. Dette passer for dynamisk innhold som må være så oppdatert som mulig.
• Cache, then Network (Cache, deretter nettverk): Server ressursen fra cachen umiddelbart, samtidig som den siste versjonen hentes fra nettverket. Oppdater cachen med den nye versjonen når den ankommer. Dette gir en rask innledende lasting og sikrer at brukeren til slutt får det nyeste innholdet.
• Stale-While-Revalidate: Server ressursen fra cachen umiddelbart. I bakgrunnen, hent den siste versjonen fra nettverket og oppdater cachen. Neste gang ressursen blir forespurt, vil den oppdaterte versjonen bli servert. Denne strategien gir en rask innledende lasting og sikrer at brukeren alltid får den nyeste versjonen til slutt, uten å blokkere den første forespørselen.
• Network Only (Kun nettverk): Hent alltid ressursen fra nettverket. Bruk aldri cachen. Dette er passende for ressurser som aldri skal caches, som for eksempel sensitiv brukerdata.
• Cache Only (Kun cache): Server alltid ressursen fra cachen. Hent den aldri fra nettverket. Dette er nyttig for scenarioer der du vil sikre at ressursen alltid er tilgjengelig offline.

Praktiske eksempler på Service Worker-caching

Eksempel 1: Cache First-strategi for statiske filer:

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

        // Ikke i cache - hent fra nettverk
        return fetch(event.request).then(
          response => {
            // Sjekk om vi mottok en gyldig respons
            if (!response || response.status !== 200 || response.type !== 'basic') {
              return response;
            }

            // VIKTIG: Klon responsen. En respons er en strøm
            // og fordi vi vil at både nettleseren og cachen skal konsumere
            // responsen, må vi klone den.
            const responseToCache = response.clone();

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

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

            

              
                Copy
              
            
          

Dette kodeutdraget demonstrerer Cache First-strategien. Service Worker-en sjekker først om den forespurte ressursen er tilgjengelig i cachen. Hvis den er det, serverer den ressursen fra cachen. Hvis ikke, henter den ressursen fra nettverket, lagrer den i cachen, og serverer den deretter til nettleseren.

Eksempel 2: Stale-While-Revalidate-strategi for dynamisk innhold:

            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
              
            
          

Dette kodeutdraget demonstrerer Stale-While-Revalidate-strategien. Service Worker-en serverer ressursen fra cachen umiddelbart. I bakgrunnen henter den den siste versjonen fra nettverket og oppdaterer cachen. Neste gang ressursen blir forespurt, vil den oppdaterte versjonen bli servert.

Beste praksis for Service Worker-caching

• Bruk et bibliotek for caching-strategier: Biblioteker som Workbox forenkler utviklingen av Service Workers ved å tilby forhåndsbygde caching-strategier og verktøy. Dette kan spare deg for tid og krefter og sikre at caching-logikken din er robust og pålitelig.
• Håndter cache-versjoner: Når du oppdaterer Service Worker-en din, må du invalidere den gamle cachen og opprette en ny. Dette forhindrer servering av utdaterte ressurser. Bruk activate-hendelsen til å rydde opp i gamle cacher.
• Håndter feil på en elegant måte: Implementer feilhåndtering for å håndtere nettverksfeil og cache-bommer elegant. Tilby reserveinnhold eller informer brukeren om at ressursen er utilgjengelig.
• Test grundig: Test din Service Worker-caching-logikk under forskjellige nettverksforhold og i ulike nettlesermiljøer for å sikre at den fungerer som forventet. Bruk nettleserens utviklerverktøy for å inspisere cachen og overvåke nettverksforespørsler.
• Vurder brukeropplevelsen: Design din caching-strategi med brukeropplevelsen i tankene. Gi tilbakemelding til brukeren når en ressurs hentes fra nettverket eller cachen. Unngå å servere utdatert innhold for lenge.

Sammenligning av HTTP-cache og Service Worker-cache

Selv om både HTTP-caching og Service Worker-caching har som mål å forbedre nettsideytelsen, skiller de seg i sine kapasiteter og bruksområder.

Globale hensyn for caching

Når du implementerer caching-strategier for et globalt publikum, bør du vurdere følgende:

• Nettverksforhold: Brukere i forskjellige regioner kan oppleve varierende nettverkshastigheter og pålitelighet. Tilpass din caching-strategi for å imøtekomme disse forskjellene. For eksempel vil brukere i områder med upålitelig internettilgang ha stor nytte av robust offline-støtte.
• CDN-dekning: Velg et CDN med et globalt nettverk av servere for å sikre at innholdet ditt leveres raskt til brukere i alle regioner. Verifiser at CDN-et har tilstedepunkter (PoPs) i regioner som er kritiske for ditt publikum.
• Personvern: Vær oppmerksom på personvernregler i forskjellige land når du cacher brukerspesifikke data. Sørg for at du overholder lover som GDPR og CCPA.
• Språk og lokalisering: Vurder å cache lokaliserte versjoner av nettsiden din for å gi en bedre brukeropplevelse for brukere med forskjellige språk og i forskjellige regioner.
• Cache-invalidering: Implementer en pålitelig strategi for cache-invalidering for å sikre at brukere alltid får det nyeste innholdet, selv når det endres hyppig. Vær spesielt oppmerksom på oppdateringer av lokalisert innhold.

Konklusjon

Frontend-caching er en essensiell teknikk for å optimalisere nettsideytelse og forbedre brukeropplevelsen. Ved å utnytte HTTP-caching og Service Worker-caching kan du redusere lastetider betydelig, minske serverbelastningen og gi offline-tilgang til nettsidens innhold. Vurder nøye nettsidens spesifikke behov og målgruppen din når du velger og implementerer caching-strategier. Ved å ta i bruk beste praksis og kontinuerlig overvåke din caching-ytelse, kan du sikre at nettsiden din leverer en rask og pålitelig opplevelse til brukere over hele verden.