1. 各种 Web 缓存技术包含哪些部分？
想象一下，你在一家咖啡店：
你需要一杯咖啡（资源），但每次都重新制作会很慢。在 Web 开发中，缓存技术就像是将咖啡提前准备好，以便快速提供给顾客（用户）。
(1) 核心组成部分
浏览器缓存：
浏览器会缓存静态资源（如 HTML、CSS、JavaScript、图片）以减少重复请求。示例：Cache-Control: max-age=3600
CDN 缓存：
内容分发网络（CDN）会在全球范围内的边缘节点缓存资源，加速用户的访问速度。示例：https://cdn.example.com/image.jpg
服务器缓存：
Web 服务器（如 Nginx、Apache）或应用服务器（如 Node.js、PHP）可以缓存动态生成的内容。示例：proxy_cache_path /data/nginx/cache levels=1:2 keys_zone=my_cache:10m;
数据库缓存：
数据库查询结果可以被缓存，避免重复执行耗时的 SQL 查询。示例：SELECT * FROM users WHERE id = 1; -- 第一次查询后缓存结果
内存缓存：
使用内存缓存（如 Redis、Memcached）存储频繁访问的数据，提高读取速度。示例：const redisClient = require('redis').createClient();
redisClient.set('user:1', JSON.stringify(user));
HTTP 缓存头：
HTTP 协议提供了多种缓存控制机制，通过响应头实现缓存策略。常见头部：
Cache-Control：指定缓存的有效时间和行为。ETag：为资源生成唯一标识符，用于验证缓存是否有效。Expires：指定资源的过期时间。Last-Modified：记录资源的最后修改时间。
示例：Cache-Control: public, max-age=86400
ETag: "abc123"
2. 使用场景是什么？
(1) 静态资源加速
场景：缓存静态文件（如 CSS、JavaScript、图片）以减少服务器负载。示例：Cache-Control: max-age=31536000
(2) 动态内容缓存
场景：缓存动态生成的内容（如 API 响应、HTML 页面）以提高性能。示例：proxy_cache_valid 200 302 10m;
(3) 全球化内容分发
场景：通过 CDN 将内容分发到离用户更近的边缘节点，降低延迟。示例：https://cdn.example.com/assets/style.css
(4) 数据库查询优化
场景：缓存数据库查询结果以减少重复查询的开销。示例：cached_result = cache.get('user_list')
if not cached_result:
cached_result = db.query("SELECT * FROM users")
cache.set('user_list', cached_result)
(5) 会话状态管理
场景：使用内存缓存存储用户的会话数据（如登录状态）。示例：redisClient.set(`session:${sessionId}`, JSON.stringify(userData), 'EX', 3600);
(6) 实时数据缓存
场景：缓存实时性要求较低的数据（如天气信息、新闻列表）。示例：const weatherData = await redisClient.get('weather');
if (!weatherData) {
weatherData = await fetchWeatherAPI();
redisClient.set('weather', JSON.stringify(weatherData), 'EX', 600);
}
3. 底层原理是什么？
(1) HTTP 缓存机制
强制缓存：
使用 Cache-Control 和 Expires 指定资源的缓存时间。示例：Cache-Control: max-age=3600
浏览器在缓存时间内直接使用本地副本，无需向服务器发送请求。
协商缓存：
使用 ETag 或 Last-Modified 验证缓存是否有效。示例：If-None-Match: "abc123"
如果资源未改变，服务器返回 304 Not Modified，浏览器使用缓存。
(2) CDN 工作原理
边缘节点缓存：
CDN 将资源缓存在靠近用户的边缘节点，减少主服务器的压力。
缓存刷新：
当源站资源更新时，CDN 会自动或手动刷新缓存。
(3) 内存缓存
键值存储：
内存缓存（如 Redis、Memcached）以键值对形式存储数据。
过期策略：
支持 TTL（Time To Live）设置，自动清理过期数据。
(4) 数据库缓存
查询缓存：
数据库引擎（如 MySQL）会缓存查询结果。
应用层缓存：
使用 ORM（如 Sequelize、Hibernate）或中间件缓存查询结果。
(5) 性能优化
减少网络延迟：
缓存减少了客户端与服务器之间的往返次数。
降低服务器负载：
缓存减少了对后端服务的请求频率。
4. 图示说明
(1) HTTP 缓存流程
用户请求 -> 浏览器检查缓存 -> 是否命中缓存？
|
v
是 -> 直接返回缓存内容
否 -> 向服务器请求资源 -> 返回新资源并更新缓存
(2) CDN 缓存结构
+--------------------------+
| 用户请求 | -> 最近的边缘节点
+--------------------------+
| 边缘节点缓存 | -> 源站
+--------------------------+
| 源站资源 |
+--------------------------+
(3) 内存缓存工作流程
用户请求 -> 检查内存缓存 -> 是否命中缓存？
|
v
是 -> 返回缓存数据
否 -> 查询数据库 -> 更新缓存并返回数据
5. 总结
(1) 核心组成部分
浏览器缓存：减少重复请求。CDN 缓存：加速全球化内容分发。服务器缓存：缓存动态内容。数据库缓存：优化查询性能。内存缓存：存储高频访问数据。HTTP 缓存头：控制缓存策略。
(2) 使用场景
静态资源加速。动态内容缓存。全球化内容分发。数据库查询优化。会话状态管理。实时数据缓存。
(3) 底层原理
HTTP 缓存机制：强制缓存和协商缓存。CDN 工作原理：边缘节点缓存和源站同步。内存缓存：键值存储和过期策略。数据库缓存：查询缓存和应用层缓存。性能优化：减少网络延迟和服务器负载。