緩存服務(wù)器介紹

什么是緩存服務(wù)器無論企業(yè)有多大，Web緩存都有助于優(yōu)化性能和節(jié)省帶寬。而且如果選擇了正確的緩存解決方案，它可以隨著企業(yè)網(wǎng)絡(luò)的增長而擴(kuò)大，而無需進(jìn)行昂貴且耗時(shí)的重建。Web緩存提供了比將訪問對(duì)象放在InternetWeb服務(wù)器上更好的方法，它將需要頻繁訪問的Web頁面和對(duì)象保存在離用戶更近的系統(tǒng)中。當(dāng)再次訪問這些對(duì)象的時(shí)候加快了速度。幾年以前，理論是超高帶寬的Internet連接會(huì)使Web緩存毫無用處，但是結(jié)果并非如此。即使最快的速率達(dá)至U30-45Mbps的光纖Internet連接和速度在100Mbps到1Gbps速率的局域網(wǎng)相比仍然很慢，所以性能依舊是一個(gè)問題。除此之外，緩存提高了可用性，因?yàn)榧词雇泄艿腤eb服務(wù)器停機(jī)或者由于網(wǎng)絡(luò)問題而不可達(dá)時(shí)，緩存的對(duì)象拷貝仍然可以訪問。如果企業(yè)根據(jù)流量付費(fèi)，緩存還可以降低Internet連通性的費(fèi)用。即使是小公司，緩存也會(huì)有利，而且好的緩存解決方案將隨著企業(yè)級(jí)別升級(jí)。⑴編輯本段緩存概念這是兩種主要的Web緩存：直接緩存，將用戶頻繁訪問的來自Internet服務(wù)器的Web對(duì)象的拷貝保存在企業(yè)本地網(wǎng)絡(luò)中。反向緩存，企業(yè)內(nèi)部Web服務(wù)器的Web對(duì)象的拷貝保存在企業(yè)網(wǎng)絡(luò)邊緣的代理服務(wù)器上以提高外界訪問企業(yè)站點(diǎn)的性能。Web緩存可以根據(jù)不同等級(jí)進(jìn)行配置：本地緩存：將Web對(duì)象緩存的拷貝保存在本地計(jì)算機(jī)中。大多數(shù)流行的Web瀏覽器默認(rèn)情況下保留一個(gè)先前訪問對(duì)象的緩存。例如,InternetExplorer稱之為“臨時(shí)Internet文件”。本地緩存拷貝只是在用戶頻繁地從同一臺(tái)機(jī)器訪問頁面時(shí)有用。代理緩存：代理服務(wù)器是為公司內(nèi)的多個(gè)用戶/客戶計(jì)算機(jī)緩存Web對(duì)象的單獨(dú)機(jī)器。它們是位于客戶端和托管的Web服務(wù)器之間的計(jì)算機(jī)，而且它們比本地緩存效率更高，因?yàn)樵谄髽I(yè)本地網(wǎng)絡(luò)中的任何用戶或計(jì)算機(jī)訪問某個(gè)Web對(duì)象時(shí)，緩存拷貝對(duì)想訪問該對(duì)象的任何其他用戶/計(jì)算機(jī)是可用的，無需到Internet服務(wù)器上再次下載它。代理緩存可以在網(wǎng)絡(luò)邊緣與防火墻結(jié)合使用。微軟的ISAServer和BlueCoat的工具一樣，既包括防火墻也包括緩存代理服務(wù)器。緩存服務(wù)器也可以是單獨(dú)的機(jī)器，運(yùn)行免費(fèi)的緩存軟件或商業(yè)產(chǎn)品，例如:Linux版的Squid免費(fèi)緩存代理MOWS基于Java分布式web和緩存服務(wù)器VicomsoftRapidCacheServerforWindows或MacintoshWinProxyforWindows可升級(jí)的緩存解決方案隨著公司的擴(kuò)大，單一的Web緩存服務(wù)器可能無法處理所有的通信或存儲(chǔ)足夠的Web對(duì)象。在這種情況下，可以擴(kuò)展緩存解決方案以建立一個(gè)緩存陣歹一一組共同工作以便在組內(nèi)分配緩存負(fù)載的緩存代理服務(wù)器。萬一某個(gè)緩存服務(wù)器停機(jī)，還提供缺省的容量。要在陣列中操作，緩存服務(wù)器必須能夠彼此使用協(xié)議進(jìn)行通信，例如：WCCP（Web緩存協(xié)調(diào)協(xié)議），Cisco緩存產(chǎn)品以及諸如Squid這樣的開源代理使用。ICP（Internet緩存協(xié)議），被Squid和BlueCoat支持。CARP（緩存陣列路由協(xié)議），被ISAServerEnterpriseEdition用來管理緩存服務(wù)器陣列的失效轉(zhuǎn)移和負(fù)載平衡。CARP能夠支持幾乎無限的線性擴(kuò)展以滿足快速增長型企業(yè)的需求。當(dāng)向某個(gè)陣列中添加或移除一臺(tái)服務(wù)器時(shí)，CARP自動(dòng)調(diào)整并再指定URL以有效地分布負(fù)載。緩存陣列能夠以等級(jí)的或分布式的架構(gòu)排列。在分布式緩存中，陣列中所有代理服務(wù)器處在一個(gè)“平等地位”而且負(fù)載在它們之間進(jìn)行分配。在分等級(jí)的緩存中，代理以鏈?zhǔn)竭M(jìn)行配置，它們處在不同的等級(jí)，所以服務(wù)器或陣列連接到其它離Internet更近的服務(wù)器或陣列（離Internet最近的那些服務(wù)器或陣列被看作“上游的”，那些最遠(yuǎn)的被看作“下游的”）。這樣，緩存內(nèi)容會(huì)盡可能地靠近需要它的用戶。陣列是高度可升級(jí)的，因?yàn)榭梢韵蜿嚵刑砑臃?wù)器，或向分等級(jí)的架構(gòu)增加陣列等級(jí)，而無需擾亂目前的緩存解決方案。另一個(gè)可擴(kuò)展性問題是使用緩存減少分支機(jī)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)帶寬的能力。分支機(jī)構(gòu)代理可能沒有直接連接到Internet，但是可以使用撥號(hào)連接或辦公室到辦公室的WAN連接以便從總公司的上游代理服務(wù)器上請(qǐng)求Web對(duì)象。另一個(gè)選擇是為需要向消費(fèi)者提供基于Web的應(yīng)用，可使用諸如由Akamai提供的服務(wù)。他們的WebApplicationAccelerator服務(wù)通過下列方法優(yōu)化性能：向他們的邊緣服務(wù)器動(dòng)態(tài)映射請(qǐng)求，并監(jiān)視Internet路由以便在最快和最可靠的路由上傳輸。利用壓縮技術(shù)和預(yù)取技術(shù)（pre-fetching）以最小化帶寬使用率。用安全套接層（SSL）保護(hù)Web傳輸。根據(jù)企業(yè)指定的規(guī)則保存Web內(nèi)容什么是Web緩存Web緩存是指一個(gè)Web資源（如html頁面，圖片，js，數(shù)據(jù)等）存在于Web服務(wù)器和客戶端（瀏覽器）之間的副本。緩存會(huì)根據(jù)進(jìn)來的請(qǐng)求保存輸出內(nèi)容的副本；當(dāng)下一個(gè)請(qǐng)求

來到的時(shí)候，如果是相同的URL,緩存會(huì)根據(jù)緩存機(jī)制決定是直接使用副本響應(yīng)訪問請(qǐng)求，還是向源服務(wù)器再次發(fā)送請(qǐng)求。比較常見的就是瀏覽器會(huì)緩存訪問過網(wǎng)站的網(wǎng)頁，當(dāng)再次訪問這個(gè)URL地址的時(shí)候，如果網(wǎng)頁沒有更新，就不會(huì)再次下載網(wǎng)頁，而是直接使用本地緩存的網(wǎng)頁。只有當(dāng)網(wǎng)站明確標(biāo)識(shí)資源已經(jīng)更新，瀏覽器才會(huì)再次下載網(wǎng)頁。Web緩存的作用使用Web緩存的作用其實(shí)是非常顯而易見的：減少網(wǎng)絡(luò)帶寬消耗:無論對(duì)于網(wǎng)站運(yùn)營者或者用戶，帶寬都代表著金錢，過多的帶寬消耗，只會(huì)便宜了網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營商。當(dāng)Web緩存副本被使用時(shí)，只會(huì)產(chǎn)生極小的網(wǎng)絡(luò)流量，可以有效的降低運(yùn)營成本。降低服務(wù)器壓力:給網(wǎng)絡(luò)資源設(shè)定有效期之后，用戶可以重復(fù)使用本地的緩存，減少對(duì)源服務(wù)器的請(qǐng)求，間接降低服務(wù)器的壓力。同時(shí)，搜索引擎的爬蟲機(jī)器人也能根據(jù)過期機(jī)制降低爬取的頻率，也能有效降低服務(wù)器的壓力。減少網(wǎng)絡(luò)延遲，加快頁面打開速度:帶寬對(duì)于個(gè)人網(wǎng)站運(yùn)營者來說是十分重要，而對(duì)于大型的互聯(lián)網(wǎng)公司來說，可能有時(shí)因?yàn)殄X多而真的不在乎。那Web緩存還有作用嗎？答案是肯定的，對(duì)于最終用戶，緩存的使用能夠明顯加快頁面打開速度，達(dá)到更好的體驗(yàn)。Web緩存的類型在Web應(yīng)用領(lǐng)域，Web緩存大致可以分為以下幾種類型：數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)緩存:Web應(yīng)用，特別是SNS類型的應(yīng)用，往往關(guān)系比較復(fù)雜，數(shù)據(jù)庫表繁多，如果頻繁進(jìn)行數(shù)據(jù)庫查詢，很容易導(dǎo)致數(shù)據(jù)庫不堪重荷。為了提供查詢的性能，會(huì)將查詢后的數(shù)據(jù)放到內(nèi)存中進(jìn)行緩存，下次查詢時(shí)，直接從內(nèi)存緩存直接返回，提供響應(yīng)效率。比如常用的緩存方案有memcached等。瀏覽器端緩存:瀏覽器緩存根據(jù)一套與服務(wù)器約定的規(guī)則進(jìn)行工作，在同一個(gè)會(huì)話過程中會(huì)檢查一次并確定緩存的副本足夠新。如果你瀏覽過程中，比如前進(jìn)或后退，訪問到同一個(gè)圖片，這些圖片可以從瀏覽器緩存中調(diào)出而即時(shí)顯現(xiàn)。服務(wù)器端緩存代理服務(wù)器緩存:代理服務(wù)器是瀏覽器和源服務(wù)器之間的中間服務(wù)器，瀏覽器先向這個(gè)中間服務(wù)器發(fā)起Web請(qǐng)求，經(jīng)過處理后（比如權(quán)限驗(yàn)證，緩存匹配等），再將請(qǐng)求轉(zhuǎn)發(fā)到源服務(wù)

器。代理服務(wù)器緩存的運(yùn)作原理跟瀏覽器的運(yùn)作原理差不多，只是規(guī)模更大。可以把它理解為一個(gè)共享緩存，不只為一個(gè)用戶服務(wù)，一般為大量用戶提供服務(wù)，因此在減少相應(yīng)時(shí)間和帶寬使用方面很有效，同一個(gè)副本會(huì)被重用多次。常見代理服務(wù)器緩存解決方案有Squid等，這里不再詳述。CDN緩存:CDN(Contentdeliverynetworks)緩存，也叫網(wǎng)關(guān)緩存、反向代理緩存。CDN緩存一般是由網(wǎng)站管理員自己部署，為了讓他們的網(wǎng)站更容易擴(kuò)展并獲得更好的性能。瀏覽器先向CDN網(wǎng)關(guān)發(fā)起Web請(qǐng)求，網(wǎng)關(guān)服務(wù)器后面對(duì)應(yīng)著一臺(tái)或多臺(tái)負(fù)載均衡源服務(wù)器，會(huì)根據(jù)它們的負(fù)載請(qǐng)求，動(dòng)態(tài)將請(qǐng)求轉(zhuǎn)發(fā)到合適的源服務(wù)器上。雖然這種架構(gòu)負(fù)載均衡源服務(wù)器之間的緩存沒法共享，但卻擁有更好的處擴(kuò)展性。從瀏覽器角度來看，整個(gè)CDN就是一個(gè)源服務(wù)器，從這個(gè)層面來說，本文討論瀏覽器和服務(wù)器之間的緩存機(jī)制，在這種架構(gòu)下同樣適用。Web應(yīng)用層緩存:應(yīng)用層緩存指的是從代碼層面上，通過代碼邏輯和緩存策略，實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)，頁面，圖片等資源的緩存，可以根據(jù)實(shí)際情況選擇將數(shù)據(jù)存在文件系統(tǒng)或者內(nèi)存中，減少數(shù)據(jù)庫查詢或者讀寫瓶頸，提高響應(yīng)效率。HTTPweb緩存策略1. web緩存基本作用：HTTP協(xié)議中設(shè)計(jì)web緩存主要有以下幾個(gè)作用：首先緩存能減少冗余數(shù)據(jù)的傳輸，可以減少網(wǎng)絡(luò)成本；其次緩存能減少客戶端對(duì)遠(yuǎn)端server的依賴，從而提高了客戶端裝載頁面的速度。下面著重闡述的是緩存的一些基本知識(shí)以及緩存策略給HTTP用戶請(qǐng)求帶來的改變。2. 緩存的基本知識(shí)：命中(hit)以及缺失(miss)衡量緩存所帶來的性能影響可以采用命中率和非命中率兩個(gè)參數(shù)。顧名思義，命中指的是緩存直接響應(yīng)客戶端的請(qǐng)求，缺失指的是緩存不能響應(yīng)到客戶端的請(qǐng)求，然后將請(qǐng)求轉(zhuǎn)發(fā)給遠(yuǎn)端server。通俗地講，前者是緩存直接將結(jié)果返回給server，而后者是緩存中不存在，客戶端將直接從遠(yuǎn)端獲取結(jié)果。重驗(yàn)證(revalidation)一般情況下，緩沖中的內(nèi)容均存在一定的時(shí)效性，因此需要經(jīng)常對(duì)緩存中的內(nèi)容做有效性檢查(fressnesscheck)，也叫“重驗(yàn)證”。觸發(fā)對(duì)緩存中的內(nèi)容進(jìn)行重驗(yàn)證的方法很多，后(aJCachihit■Gchi—；丐三顧HL- ,-：Client Cache Server上圖比較形象地描述了緩存命中、缺失以及重驗(yàn)證三種情形。值得注意的是，重驗(yàn)證并不表示緩存中的內(nèi)容一定是過時(shí)的(stale)，它僅僅表示重驗(yàn)證觸發(fā)條件收到，需要對(duì)緩存內(nèi)容做重驗(yàn)證，僅此而已！(3)緩存的種類：緩存一般可以分成個(gè)人緩存(或者私有緩存)和共享緩存(“共有緩存”兩大類)，比如在個(gè)人PC機(jī)上的緩存一般稱為私有緩存，而對(duì)于門戶網(wǎng)站，它們?yōu)榱丝焖俚仨憫?yīng)各地用戶請(qǐng)求，都會(huì)在CDN網(wǎng)絡(luò)上建設(shè)自己的公共代理緩存(publicproxycache).下面章節(jié)將主要講解有關(guān)緩存的兩個(gè)關(guān)鍵操作：更新和控制(指如何通過傳遞Header來控制緩存)緩存。3. 更新(keepcopiesfresh)首先要明白的是更新操作主要是為了保證緩存中的內(nèi)容與遠(yuǎn)端server中的內(nèi)容保持一致，HTTP協(xié)議規(guī)范中規(guī)定了兩種途徑：定義文檔過期日期以及執(zhí)行重驗(yàn)證。?文檔過期時(shí)間(DocumentExpire)針對(duì)文檔過期時(shí)間，HTTP協(xié)議中規(guī)定了兩種方式：第一種是在遠(yuǎn)端server為所回復(fù)的每個(gè)文檔附上”Expires:”HTTP頭部；另外一種是為所回復(fù)的每個(gè)文檔附上緩存控制頭部"'Cache-Control:max-age=”.HeaderdescriptionCache-Control:max-ageThemax-agevaluedefinesthemaximumageofthedocument—themaximumlegalelapsedtime(inseconds)fromwhenadocumentisfirstgeneratedtowhenitcannolongerbeconsideredfreshenoughtoserveExpiresSpecifiesanabsoluteexpirationdate.Iftheexpirationdateisinthepast,thedocumentisnolongerfresh.上圖是兩種方式的對(duì)比，值得注意的是，“Cache-Control:max-age=”頭部是在HTTP/1.1中規(guī)定的，而“Expires”則是在HTTP/1.0規(guī)定的，另外在RFC2616中規(guī)定，客戶端在處理二者時(shí)，“Cache-Control:max-age=”頭部具有更高的優(yōu)先級(jí)。當(dāng)規(guī)定的時(shí)間過期時(shí)，并不代表文檔中的內(nèi)容一定是過時(shí)的，它只是提醒緩存需要與遠(yuǎn)端的server做一致性檢查——“重驗(yàn)證”。?重驗(yàn)證(Revalidation)前面說過，當(dāng)超過文檔過期時(shí)間之后，客戶端就必須做一致性檢查，也就是本節(jié)將要闡述的“重驗(yàn)證”。很明顯，重驗(yàn)證的目的就是去與遠(yuǎn)端server交互去判斷緩存中的文檔是否已經(jīng)改變(或者說是否過時(shí))，若重驗(yàn)證之后表明文檔做了修改，此時(shí)就需要重新從遠(yuǎn)端server下載一份最新的文檔，去代替緩存內(nèi)容；若文檔沒有做修改，則只需獲取從server端獲取新的HTTP頭部(可能包含新的過期時(shí)間)，并更新緩存中的頭部。下面主要闡述HTTP規(guī)范中所定義的幾種常見重驗(yàn)證方法。其中具有代表性的是“If-Modified-Since”以及“If-None-Match”兩種頭部。下表列出了這兩種頭部的作用及描述：HeaderdescriptionIf-Modified-Since:<date>Performtherequestedmethodifthedocumenthasbeenmodifiedsincethespecifieddate.ThisisusedinconjunctionwiththeLast-Modifiedserverresponseheader,tofetchcontentonlyifthecontenthasbeenmodifiedfromthecachedversion.If-None-Match:<tags>Insteadofmatchingonlast-modifieddate,theservermayprovidespecialtags(see“ETag”)onthedocumentthatactlikeserialnumbers.TheIf-None-Matchheaderperformstherequestedmethodifthecachedtagsdifferfromthetagsintheserver’sdocument.(1)If-Modified-Since若server回復(fù)的報(bào)頭中存在“Last-Modified”，那么客戶端一定要在下一次請(qǐng)求報(bào)頭中包含“If-Modified-Since”，所以說，這兩個(gè)頭部是相互對(duì)應(yīng)的。那么當(dāng)服務(wù)器收到客戶端回復(fù)的“If-Modified-Since”頭部之后會(huì)如何處理呢？首先服務(wù)器通過比較這兩個(gè)時(shí)間，若“Last-Modified”更大，表明客戶端緩存中的內(nèi)容已經(jīng)過時(shí)，此時(shí)server會(huì)將最新的文檔(附上新的Header)返回給客戶端，并且狀態(tài)碼為200；否則認(rèn)為客戶端緩存中的內(nèi)容仍然是最新的，只需向客戶端返回304狀態(tài)碼，同時(shí)包含最新的HTTP頭部。下圖比較形象地顯示了這兩種處理情況。

GET/announce.htn:lHTTP/1.0ServerIf-r<odifiecl-5ince:Satj29Jun2002j14:30:00GMTServerClientHTTP/1.0304NotModifiedClientDate:Wed63Jul2002,19:18:23GMTExpires:Frij053ul200^14：30：00GHT(a(lbModifie^5incesuccessfulrevalidationGET/announce.hi(i?lHTTP/1.0ServerIf-Modified-Since:Satj29Jun2002j14:30:00GMTServerHTP/1.0200OKDate:Fri,05Jul2002^17：54：40Content-type:text/plainContent-length:124Expires:Morij09Sep2002,05:00:00GKTAllexteriorhousepaintonsalethrough.DustanotherreasonforyouhissuisimeratJae'sHardware!Labor~ -? ‘‘ 『.DustanotherreasonforyouhissuisimeratJae'sHardware!tosho(b)If-Modified-Sincefailedrevalidation(b)If-Modified-Sincefailedrevalidation^^ttOxom(2)If-None-Match可以明顯看出，“If-Modified-Since”實(shí)現(xiàn)重驗(yàn)證主要是通過比較時(shí)間來完成的，但是在某些情況下，它并不能十分湊效：。服務(wù)器上的文檔被后臺(tái)進(jìn)程周期性地重寫，此時(shí)雖然日期發(fā)生了變化，但是內(nèi)容卻沒有發(fā)生任何改變；。雖然服務(wù)器上的內(nèi)容發(fā)生了改變，但是卻只是一些不太重要的信息，比如說拼寫錯(cuò)誤等等，這樣就導(dǎo)致文 檔在客戶端重載，顯然開銷過大；。一些web服務(wù)器上很難精確計(jì)算出文檔的修改日期；。對(duì)于實(shí)時(shí)系統(tǒng)而言(文檔修改在很短的時(shí)間內(nèi)完成)，顯然也顯得無能為力?；谝陨蠋c(diǎn)，HTTP規(guī)范定義了另外一種方式，即比較文檔標(biāo)簽(Entitytags,Etags).它的基本思想是為每一個(gè)文檔生成一個(gè)Etag，它可以是某個(gè)序列號(hào)、版本號(hào)或者檢驗(yàn)。同樣"If-None-Match”頭部是與server端的“Etag”頭部是相對(duì)應(yīng)的，這樣server端只需要比較標(biāo)簽號(hào)就可以判斷出客戶端緩存中的文檔是否是最新的，其處理方式與“If-Modified-Since”類似，下圖是服務(wù)器與客戶端的一種交互情況：GET/announce^htiulHTTP/l^OIf-None-Matchi"v2-6"rag:J\2.6JI ,jEIag:Jlv2d…j HTTP,L。304NotModified ""Sprvprucnfl Date;Wedj03 2002.19:18:23CMTETag:'V2.611Expires:Fii,05】ul2002^05:00:00GMTR畔啪e4, 緩存控制HTTP規(guī)范中定義了服務(wù)器如何約束、限制客戶端緩存的頭部，按照優(yōu)先級(jí)分別有:Cache-Control:no-storeCache-Control:no-cacheCache-Control:must-revalidateCache-Control:max-ageExpires(1)no-store,no-cache頭“no-store”頭是用來禁止客戶端緩存來自于server的回復(fù)。當(dāng)客戶端收到來自于server的回復(fù)之后，客戶端緩存一邊將回復(fù)轉(zhuǎn)發(fā)給客戶端，隨后進(jìn)行刪除?！皀o-cache”頭卻不能阻止客戶端將來自于server的回復(fù)緩存于本地，但是它限制本地cache不能在沒有與遠(yuǎn)端server執(zhí)行一致性檢查的前提下直接響應(yīng)用戶。【注意】從字面意思來講，的確前者更加苛刻，然而不同的瀏覽器，在具體實(shí)現(xiàn)時(shí)，卻可能表現(xiàn)出不一樣的行為。比如當(dāng)IE瀏覽器收到“no-cache”頭部的回復(fù)之后，它會(huì)一直與遠(yuǎn)端server做一致性檢查；然而Firefox則不是這樣，“no-cache”頭部對(duì)它毫無作用，直接從緩存中響應(yīng)用戶請(qǐng)求，但是“no-store”頭部卻能起到相應(yīng)的作用，因此，為了達(dá)到禁止本地緩存的目的，同時(shí)又要兼顧到瀏覽器的差異，server端應(yīng)該同時(shí)回復(fù)“no-cache”和“no-store”頭部。另外為了與HTTP/1.0兼容，需要加上“Pragma:no-cache"頭部。must-revalidate頭“must-revalidate”頭是為了要求緩存在響應(yīng)用戶請(qǐng)求之前一定要先保證緩存中的文檔副本是最新的。max-age與Expires頭二者均是為了定義文檔的過期時(shí)間，在客戶端處理時(shí)，“max-age”均有