使用ETag和Expires调优web服务器性能

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正确使用Etag和Expires标识处理，可以使得页面更加有效被Cache。

在客户端通过浏览器发出第一次请求某一个URL时，根据 HTTP 协议的规定，浏览器会向服务器传送报头(Http Request Header)，服务器端响应同时记录相关属性标记(Http Reponse Header)，服务器端的返回状态会是200，格式类似如下：

HTTP/1.1 200 OK
Date: Tue, 03 Mar 2009 04:58:40 GMT
Content-Type: image/jpeg
Content-Length: 83185
Last-Modified: Tue, 24 Feb 2009 08:01:04 GMT
Cache-Control: max-age=2592000

 

Expires: Thu, 02 Apr 2009 05:14:08 GMT
Etag: “5d8c72a5edda8d6a:3239″
 

客户端第二次请求此URL时，根据 HTTP 协议的规定，浏览器会向服务器传送报头(Http Request Header)，服务器端响应并记录相关记录属性标记文件没有发生改动,服务器端返回304，直接从缓存中读取：

HTTP/1.x 304 Not Modified
Date: Tue, 03 Mar 2009 05:03:56 GMT
Content-Type: image/jpeg
Content-Length: 83185
Last-Modified: Tue, 24 Feb 2009 08:01:04 GMT
Cache-Control: max-age=2592000
Expires: Thu, 02 Apr 2009 05:14:08 GMT
Etag: “5d8c72a5edda8d6a:3239″
 

其中Last-Modified、Expires和Etag是标记页面缓存标识

一、Last-Modified、Expires和Etag相关工作原理

1、Last-Modified
在浏览器第一次请求某一个URL时，服务器端的返回状态会是200，内容是你请求的资源，同时有一个Last-Modified的属性标记(Http Reponse Header)此文件在服务期端最后被修改的时间，格式类似这样：
Last-Modified: Tue, 24 Feb 2009 08:01:04 GMT
客户端第二次请求此URL时，根据 HTTP 协议的规定，浏览器会向服务器传送 If-Modified-Since 报头(Http Request Header)，询问该时间之后文件是否有被修改过：
If-Modified-Since: Tue, 24 Feb 2009 08:01:04 GMT
如果服务器端的资源没有变化，则自动返回 HTTP 304 （NotChanged.）状态码，内容为空，这样就节省了传输数据量。当服务器端代码发生改变或者重启服务器时，则重新发出资源，返回和第一次请求时类似。从而保证不向客户端重复发出资源，也保证当服务器有变化时，客户端能够得到最新的资源。
注：如果If-Modified-Since的时间比服务器当前时间(当前的请求时间request_time)还晚，会认为是个非法请求

2、Etag工作原理
HTTP 协议规格说明定义ETag为“被请求变量的实体标记” （参见14.19）。简单点即服务器响应时给请求URL标记，并在HTTP响应头中将其传送到客户端，类似服务器端返回的格式：
Etag: “5d8c72a5edda8d6a:3239″
客户端的查询更新格式是这样的：
If-None-Match: “5d8c72a5edda8d6a:3239″
如果ETag没改变，则返回状态304。
即:在客户端发出请求后，Http Reponse Header中包含 Etag: “5d8c72a5edda8d6a:3239″
标识，等于告诉Client端，你拿到的这个的资源有表示ID：5d8c72a5edda8d6a:3239。当下次需要发Request索要同一个 URI的时候，浏览器同时发出一个If-None-Match报头( Http RequestHeader)此时包头中信息包含上次访问得到的Etag: “5d8c72a5edda8d6a:3239″标识。
If-None-Match: “5d8c72a5edda8d6a:3239“
,这样，Client端等于Cache了两份，服务器端就会比对2者的etag。如果If-None-Match为False，不返回200，返回304 (Not Modified) Response。

3、Expires
给出的日期/时间后，被响应认为是过时。如Expires: Thu, 02 Apr 2009 05:14:08 GMT
需和Last-Modified结合使用。用于控制请求文件的有效时间，当请求数据在有效期内时客户端浏览器从缓存请求数据而不是服务器端. 当缓存中数据失效或过期，才决定从服务器更新数据。

4、Last-Modified和Expires
Last-Modified标识能够节省一点带宽，但是还是逃不掉发一个HTTP请求出去，而且要和Expires一起用。而Expires标识却使得浏览器干脆连HTTP请求都不用发，比如当用户F5或者点击Refresh按钮的时候就算对于有Expires的URI，一样也会发一个HTTP请求出去，所以，Last-Modified还是要用的，而 且要和Expires一起用。

5、Etag和Expires
如果服务器端同时设置了Etag和Expires时，Etag原理同样，即与Last-Modified/Etag对应的HttpRequest Header:If-Modified-Since和If-None-Match。我们可以看到这两个Header的值和WebServer发出的 Last-Modified,Etag值完全一样；在完全匹配If-Modified-Since和If-None-Match即检查完修改时间和 Etag之后，服务器才能返回304.

6、Last-Modified和Etag
Last-Modified 和ETags请求的http报头一起使用，服务器首先产生 Last-Modified/Etag标记，服务器可在稍后使用它来判断页面是否已经被修改，来决定文件是否继续缓存
过程如下:
1. 客户端请求一个页面（A）。
2. 服务器返回页面A，并在给A加上一个Last-Modified/ETag。
3. 客户端展现该页面，并将页面连同Last-Modified/ETag一起缓存。
4. 客户再次请求页面A，并将上次请求时服务器返回的Last-Modified/ETag一起传递给服务器。
5. 服务器检查该Last-Modified或ETag，并判断出该页面自上次客户端请求之后还未被修改，直接返回响应304和一个空的响应体。
注：
1、Last-Modified和Etag头都是由Web Server发出的Http Reponse Header，Web Server应该同时支持这两种头。
2、Web Server发送完Last-Modified/Etag头给客户端后，客户端会缓存这些头；
3、客户端再次发起相同页面的请求时，将分别发送与Last-Modified/Etag对应的Http RequestHeader:If-Modified-Since和If-None-Match。我们可以看到这两个Header的值和 WebServer发出的Last-Modified,Etag值完全一样；
4、通过上述值到服务器端检查，判断文件是否继续缓存；

二、Apache、Lighttpd和Nginx中针配置Etag和Expires，有效缓存纯静态如css/js/pic/页面/流媒体等文件。

A、Expires
A.1、Apache Etag
使用Apache的mod_expires 模块来设置，这包括控制应答时的Expires头内容和Cache-Control头的max-age指令

ExpiresActive On
ExpiresByType image/gif “access plus 1 month”
ExpiresByType image/jpg “access plus 1 month”
ExpiresByType image/jpeg “access plus 1 month”
ExpiresByType image/x-icon “access plus 1 month”
ExpiresByType image/bmp “access plus 1 month”
ExpiresByType image/png “access plus 1 month”
ExpiresByType text/html “access plus 30 minutes”
ExpiresByType text/css  “access plus 30 minutes”
ExpiresByType text/txt  “access plus 30 minutes”
ExpiresByType text/js   ”access plus 30 minutes”
ExpiresByType application/x-javascript   ”access plus 30 minutes”
ExpiresByType application/x-shockwave-flash     ”access plus 30 minutes”
或
<ifmodule mod_expires.c>
<filesmatch “\.(jpg|gif|png|css|js)$”>
ExpiresActive on
ExpiresDefault “access plus 1 year”
</filesmatch>
</ifmodule>
 

当设置了expires后，会自动输出Cache-Control 的max-age 信息
具体关于 Expires 详细内容可以查看Apache官方文档。
在这个时间段里，该文件的请求都将直接通过缓存服务器获取，
当然如果需要忽略浏览器的刷新请求（F5)，缓存服务器squid还需要使用 refresh_pattern 选项来忽略该请求

refresh_pattern -i \.gif$ 1440 100% 28800 ignore-reload
refresh_pattern -i \.jpg$ 1440 100% 28800 ignore-reload
refresh_pattern -i \.jpeg$ 1440 100% 28800 ignore-reload
refresh_pattern -i \.png$ 1440 100% 28800 ignore-reload
refresh_pattern -i \.bmp$ 1440 100% 28800 ignore-reload
refresh_pattern -i \.htm$ 60 100% 100 ignore-reload
refresh_pattern -i \.html$ 1440 50% 28800 ignore-reload
refresh_pattern -i \.xml$ 1440 50% 28800 ignore-reload
refresh_pattern -i \.txt$ 1440 50% 28800 ignore-reload
refresh_pattern -i \.css$ 1440 50% 28800 reload-into-ims
refresh_pattern -i \.js$ 60 50% 100 reload-into-ims
refresh_pattern . 10 50% 60
 

有关Squid中Expires的说明，请参考Squid官方中refresh_pattern介绍。

A.2、Lighttpd Expires
和Apache一样Lighttpd设置expire也要先查看是否支持了mod_expire模块，
下面的设置是让URI中所有images目录下的文件1小时后过期；

expire.url = ( “/images/” => “access 1 hours” )
 

下面是让作用于images目录及其子目录的文件；

$HTTP["url"] =~ “^/images/” {
expire.url = ( “” => “access 1 hours” )
}
 

也可以指定文件的类型；

$HTTP["url"] =~ “\.(jpg|gif|png|css|js)$” {
expire.url = ( “” => “access 1 hours” )
}
 

具体参考Lighttpd官方Expires解释

A.3、Nginx中Expires

location ~ .*\.(gif|jpg|jpeg|png|bmp|swf)$
{
expires 30d;
}
location ~ .*\.(js|css)?$
{
expires 1h;
}
 

这类文件并不常修改，通过 expires 指令来控制其在浏览器的缓存，以减少不必要的请求。 expires 指令可以控制 HTTP 应答中的“ Expires ”和“ Cache-Control ”的头标（起到控制页面缓存的作用）。其他请参考Nginx中Expires

B.1、Apache中Etag设置
在Apache中设置Etag的支持比较简单，只用在含有静态文件的目录中建立一个文件.htaccess, 里面加入：

FileETag MTime Size
 

这样就行了，详细的可以参考Apache的FileEtag文档页

B.2、Lighttpd Etag
在Lighttpd中设置Etag支持：
etag.use-inode: 是否使用inode作为Etag
etag.use-mtime: 是否使用文件修改时间作为Etag
etag.use-size: 是否使用文件大小作为Etag
static-file.etags: 是否启用Etag的功能
第四个参数肯定是要enable的， 前面三个就看实际的需要来选吧，推荐使用修改时间

B.3、 Nginx Etag
Nginx中默认没有添加对Etag标识.Igor Sysoev的观点”在对静态文件处理上看不出如何Etag好于Last-Modified标识。”
Note:
Yes, it’s addition,and it’s easy to add, however, I do not see howETag is better than Last-Modified for static files. -Igor Sysoev
A nice short description is here:

http://www.mnot.net/cache_docs/#WORK

It looks to me that it makes some caches out there to cache theresponse from the origin server more reliable as in rfc2616(ftp://ftp.rfc-editor.org/in-notes/rfc2616.txt) is written.
3.11 Entity Tags 13.3.2 Entity Tag Cache Validators 14.19 ETag
当然也有第三方nginx-static-etags 模块了，请参考

http://mikewest.org/2008/11/generating-etags-for-static-content-using-nginx

三、对于非实时交互动态页面中Expires和Etag处理

对数据更新并不频繁、如tag分类归档等等，可以考虑对其cache。简单点就是在非实时交互的动态程序中输出expires和etag标识，让其缓存。但需要注意关闭session，防止http response时http header包含session id标识；
3.1、Expires
如expires.php

<?php
header(’Cache-Control: max-age=86400,must-revalidate’);
header(’Last-Modified: ‘ .gmdate(’D, d M Y H:i:s’) . ‘ GMT’ );
header(”Expires: ” .gmdate (’D, d M Y H:i:s’, time() + ‘86400′ ). ‘ GMT’);
?>
 

以上信息表示该文件自请求后24小时后过期。
其他需要处理的动态页面直接调用即可。
3.2、Etag
根据Http返回状态来处理。当返回304直接从缓存中读取
如etag.php

<?php
cache();
echo date(”Y-m-d H:i:s”);
function cache()
{
$etag = “http://longrujun.name”;
if ($_SERVER[‘HTTP_IF_NONE_MATCH’] == $etag)
{
header(’Etag:’.$etag,true,304);
exit;
}
else header(’Etag:’.$etag);
}
?>