Strategier för frontend-cachelagring: HTTP-cache och Service Worker-cache

Inom webbutveckling är optimering av en webbplats prestanda av yttersta vikt. En långsam webbplats kan leda till frustrerade användare, högre avvisningsfrekvens och i slutändan en negativ inverkan på din verksamhet. Cachelagring, en teknik för att lagra och återanvända tidigare hämtade resurser, spelar en avgörande roll för att förbättra webbplatsens hastighet och minska serverbelastningen. Denna artikel ger en omfattande översikt över två viktiga strategier för frontend-cachelagring: HTTP-cachelagring och Service Worker-cachelagring.

Förstå grunderna i cachelagring

Cachelagring innebär att man lagrar kopior av resurser, som HTML, CSS, JavaScript, bilder och andra tillgångar, närmare användaren. När en användare begär en resurs kontrollerar webbläsaren eller en mellanliggande cache först om en cachad kopia finns tillgänglig. Om den finns (en "cache-träff") serveras resursen från cachen, vilket undviker en resa till ursprungsservern. Detta minskar latensen avsevärt och förbättrar laddningstiderna.

Det finns flera nivåer av cachelagring, inklusive webbläsarcache, proxycache och server-side-cache. Denna artikel fokuserar på frontend-cachelagring, specifikt hur man utnyttjar webbläsarens inbyggda HTTP-cache och den mer avancerade Service Worker-cachen.

HTTP-cachelagring: Utnyttja webbläsarens kapacitet

HTTP-cachelagring är webbläsarens inbyggda mekanism för att lagra och hämta resurser. Den styrs av HTTP-huvuden (headers) som skickas av servern i svaret på en begäran. Dessa huvuden ger instruktioner till webbläsaren om hur länge en resurs ska cachas och under vilka förhållanden den ska betraktas som giltig.

Viktiga HTTP-cachehuvuden

• Cache-Control: Detta är det viktigaste huvudet för att styra HTTP-cachelagring. Det låter dig specificera olika direktiv, såsom:
• max-age=sekunder: Anger den maximala tiden en resurs anses vara färsk. Efter denna tid måste webbläsaren omvalidera cachen med servern. Exempel: Cache-Control: max-age=3600 (cachas i 1 timme).
• s-maxage=sekunder: Liknar max-age, men gäller specifikt för delade cachar som CDN:er. Exempel: Cache-Control: max-age=3600, s-maxage=86400 (cachas i 1 timme i webbläsaren, 1 dag i ett CDN).
• public: Indikerar att svaret kan cachas av vilken cache som helst, inklusive delade cachar.
• private: Indikerar att svaret endast kan cachas av webbläsaren och inte av delade cachar. Användbart för användarspecifik data.
• no-cache: Tvingar webbläsaren att omvalidera cachen med servern innan den används, även om den fortfarande är färsk.
• no-store: Förhindrar webbläsaren från att cacha svaret överhuvudtaget.
• Expires: Ett äldre huvud som anger ett absolut datum och en tidpunkt då resursen upphör att gälla. Cache-Control åsidosätter i allmänhet Expires om båda finns. Exempel: Expires: Wed, 21 Oct 2024 07:28:00 GMT
• ETag: En unik identifierare för en specifik version av en resurs. Webbläsaren skickar ETag i If-None-Match-begäranhuvudet under omvalidering. Om resursen inte har ändrats returnerar servern ett 304 Not Modified-svar, vilket indikerar att webbläsaren kan använda den cachade versionen.
• Last-Modified: Anger den senaste tidpunkten då resursen ändrades. Webbläsaren skickar Last-Modified-datumet i If-Modified-Since-begäranhuvudet under omvalidering. I likhet med ETag kan servern returnera ett 304 Not Modified-svar om resursen inte har ändrats.

Praktiska exempel på HTTP-cachelagring

Exempel 1: Cacha statiska tillgångar (bilder, CSS, JavaScript):

För statiska tillgångar som sällan ändras kan du ange ett långt max-age-värde:

            Cache-Control: public, max-age=31536000  

            

              
                Copy
              
            
          

Detta talar om för webbläsaren att cacha resursen i ett år (31 536 000 sekunder) och att den kan cachas av vilken cache som helst (public).

Exempel 2: Cacha dynamiskt innehåll med omvalidering:

För dynamiskt innehåll som ändras oftare kan du använda no-cache tillsammans med ETag eller Last-Modified för omvalidering:

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

            

              
                Copy
              
            
          

Detta tvingar webbläsaren att omvalidera cachen med servern innan den används. Servern kan sedan använda ETag för att avgöra om resursen har ändrats och returnera ett 304 Not Modified-svar om den inte har det.

Exempel 3: Servera versionerade tillgångar:

En vanlig praxis är att inkludera ett versionsnummer i tillgångens filnamn (t.ex. style.v1.css). När tillgången ändras uppdaterar du versionsnumret, vilket tvingar webbläsaren att ladda ner den nya versionen. Detta gör att du kan cacha tillgångar aggressivt utan att oroa dig för att servera föråldrat innehåll.

Bästa praxis för HTTP-cachelagring

• Använd ett CDN: Content Delivery Networks (CDN) distribuerar din webbplats innehåll över flera servrar som är geografiskt närmare användarna. Detta minskar latensen och förbättrar laddningstiderna, särskilt för användare i andra delar av världen. Populära CDN:er inkluderar Cloudflare, Akamai och Amazon CloudFront. En webbplats i Japan som laddar bilder från en server i Europa kommer att ha stor nytta av ett CDN med servrar i Asien.
• Utnyttja webbläsarcache: Konfigurera din server för att skicka lämpliga HTTP-cachehuvuden för alla dina resurser.
• Använd "cache busting"-tekniker: Använd tekniker som versionering eller frågeparametrar för att tvinga webbläsare att ladda ner uppdaterade resurser när de ändras.
• Övervaka cacheprestanda: Använd webbläsarutvecklarverktyg och server-side-analys för att övervaka träfffrekvensen i cachen och identifiera områden för förbättring.

Service Worker-cache: Avancerad kontroll och offline-funktionalitet

Service Workers är JavaScript-filer som körs i bakgrunden, separat från webbläsarens huvudtråd. De fungerar som en proxy mellan webbläsaren och nätverket, vilket gör att du kan fånga upp nätverksförfrågningar och implementera avancerade cachestrategier.

Service Workers är en nyckelteknologi bakom Progressive Web Apps (PWA), som möjliggör funktioner som offline-åtkomst, push-notiser och bakgrundssynkronisering.

Hur Service Workers fungerar

1. Registrering: En Service Worker registreras av din webbsida.
2. Installation: En Service Worker installeras i webbläsaren. Det är här du vanligtvis för-cachare viktiga resurser.
3. Aktivering: En Service Worker blir aktiv och börjar kontrollera nätverksförfrågningar för sidor inom sitt omfång.
4. Avlyssning: En Service Worker fångar upp nätverksförfrågningar och kan välja att servera resurser från cachen, hämta dem från nätverket eller till och med skapa ett syntetiskt svar.

Viktiga Service Worker-API:er för cachelagring

• Cache API: Tillhandahåller en mekanism för att lagra och hämta cachade svar. Det låter dig skapa namngivna cachar och lägga till, uppdatera och ta bort poster.
• Fetch API: Används för att göra nätverksförfrågningar från en Service Worker.
• addEventListener('install', ...): Händelsehanteraren som körs när en Service Worker installeras för första gången. Denna används vanligtvis för att för-cacha viktiga tillgångar.
• addEventListener('activate', ...): Händelsehanteraren som körs när en Service Worker blir aktiv. Denna används vanligtvis för att rensa upp gamla cachar.
• addEventListener('fetch', ...): Händelsehanteraren som fångar upp nätverksförfrågningar. Det är här cachelogiken finns.

Cachestrategier med Service Workers

Service Workers gör det möjligt för dig att implementera olika cachestrategier som är anpassade till olika typer av resurser och nätverksförhållanden. Här är några vanliga strategier:

• Cache First (Cache först): Servera alltid resursen från cachen om den är tillgänglig. Om den inte finns i cachen, hämta den från nätverket och lagra den i cachen för framtida användning. Detta är idealiskt för statiska tillgångar som sällan ändras.
• Network First (Nätverk först): Försök alltid att hämta resursen från nätverket först. Om nätverket är tillgängligt, servera resursen och uppdatera cachen. Om nätverket inte är tillgängligt, servera resursen från cachen. Detta är lämpligt för dynamiskt innehåll som måste vara så uppdaterat som möjligt.
• Cache, then Network (Cache, sedan nätverk): Servera resursen från cachen omedelbart samtidigt som du hämtar den senaste versionen från nätverket. Uppdatera cachen med den nya versionen när den anländer. Detta ger en snabb initial laddning och säkerställer att användaren så småningom får det senaste innehållet.
• Stale-While-Revalidate: Servera resursen från cachen omedelbart. I bakgrunden, hämta den senaste versionen från nätverket och uppdatera cachen. Nästa gång resursen begärs kommer den uppdaterade versionen att serveras. Denna strategi ger en snabb initial laddning och säkerställer att användaren alltid får den senaste versionen så småningom, utan att blockera den initiala begäran.
• Network Only (Endast nätverk): Hämta alltid resursen från nätverket. Använd aldrig cachen. Detta är lämpligt för resurser som aldrig bör cachas, såsom känslig användardata.
• Cache Only (Endast cache): Servera alltid resursen från cachen. Hämta den aldrig från nätverket. Detta är användbart för scenarier där du vill säkerställa att resursen alltid är tillgänglig offline.

Praktiska exempel på Service Worker-cachelagring

Exempel 1: Cache First-strategi för statiska tillgångar:

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

        // Finns inte i cache - hämta från nätverket
        return fetch(event.request).then(
          response => {
            // Kontrollera om vi fick ett giltigt svar
            if (!response || response.status !== 200 || response.type !== 'basic') {
              return response;
            }

            // VIKTIGT: Klona svaret. Ett svar är en ström
            // och eftersom vi vill att webbläsaren ska konsumera svaret
            // samt att cachen ska konsumera svaret, behöver vi
            // klona det.
            const responseToCache = response.clone();

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

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

            

              
                Copy
              
            
          

Detta kodavsnitt demonstrerar Cache First-strategin. En Service Worker kontrollerar först om den begärda resursen finns i cachen. Om den gör det serveras resursen från cachen. Om inte, hämtas resursen från nätverket, lagras i cachen och serveras sedan till webbläsaren.

Exempel 2: Stale-While-Revalidate-strategi för dynamiskt innehåll:

            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
              
            
          

Detta kodavsnitt demonstrerar Stale-While-Revalidate-strategin. En Service Worker serverar resursen från cachen omedelbart. I bakgrunden hämtar den den senaste versionen från nätverket och uppdaterar cachen. Nästa gång resursen begärs kommer den uppdaterade versionen att serveras.

Bästa praxis för Service Worker-cachelagring

• Använd ett bibliotek för cachestrategier: Bibliotek som Workbox förenklar utvecklingen av Service Workers genom att tillhandahålla färdiga cachestrategier och verktyg. Detta kan spara tid och ansträngning och säkerställa att din cachelogik är robust och pålitlig.
• Hantera cacheversioner: När du uppdaterar din Service Worker måste du ogiltigförklara den gamla cachen och skapa en ny. Detta förhindrar att föråldrade resurser serveras. Använd activate-händelsen för att rensa upp gamla cachar.
• Hantera fel på ett elegant sätt: Implementera felhantering för att elegant hantera nätverksfel och cachemissar. Tillhandahåll reservinnehåll eller informera användaren om att resursen inte är tillgänglig.
• Testa noggrant: Testa din Service Worker-cachelogik under olika nätverksförhållanden och i olika webbläsarmiljöer för att säkerställa att den fungerar som förväntat. Använd webbläsarutvecklarverktyg för att inspektera cachen och övervaka nätverksförfrågningar.
• Tänk på användarupplevelsen: Utforma din cachestrategi med användarupplevelsen i åtanke. Ge feedback till användaren när en resurs hämtas från nätverket eller cachen. Undvik att servera föråldrat innehåll för länge.

Jämförelse mellan HTTP-cache och Service Worker-cache

Även om både HTTP-cachelagring och Service Worker-cachelagring syftar till att förbättra webbplatsens prestanda, skiljer de sig åt i sina funktioner och användningsfall.

Globala överväganden för cachelagring

När du implementerar cachestrategier för en global publik, tänk på följande:

• Nätverksförhållanden: Användare i olika regioner kan uppleva varierande nätverkshastigheter och tillförlitlighet. Anpassa din cachestrategi för att tillgodose dessa skillnader. Användare i områden med opålitlig internetåtkomst kommer till exempel att ha stor nytta av robust offline-stöd.
• CDN-täckning: Välj ett CDN med ett globalt nätverk av servrar för att säkerställa att ditt innehåll levereras snabbt till användare i alla regioner. Verifiera att CDN:et har närvaropunkter (PoPs) i regioner som är kritiska för din publik.
• Dataskydd: Var medveten om dataskyddsförordningar i olika länder när du cachar användarspecifik data. Se till att du följer lagar som GDPR och CCPA.
• Språk och lokalisering: Överväg att cacha lokaliserade versioner av din webbplats för att ge en bättre användarupplevelse för användare på olika språk och i olika regioner.
• Cacheinvalidering: Implementera en pålitlig strategi för cacheinvalidering för att säkerställa att användare alltid får det senaste innehållet, även när det ändras ofta. Var särskilt uppmärksam på uppdateringar av lokaliserat innehåll.

Slutsats

Frontend-cachelagring är en avgörande teknik för att optimera webbplatsens prestanda och förbättra användarupplevelsen. Genom att utnyttja HTTP-cachelagring och Service Worker-cachelagring kan du avsevärt minska laddningstider, minska serverbelastningen och ge offline-åtkomst till din webbplats innehåll. Tänk noga på din webbplats specifika behov och din målgrupp när du väljer och implementerar cachestrategier. Genom att anamma bästa praxis och kontinuerligt övervaka din cacheprestanda kan du säkerställa att din webbplats levererar en snabb och pålitlig upplevelse till användare över hela världen.