一、HTTP缓存机制：从协议层优化资源加载

HTTP缓存是Web性能优化的核心手段之一，其核心目标是通过减少重复请求降低网络延迟与服务器负载。HTTP/1.1及后续版本通过Cache-Control、Expires、ETag和Last-Modified等头部字段实现精细化的缓存控制。

1.1 强制缓存与协商缓存的协同

强制缓存：通过Cache-Control: max-age=3600或Expires: Wed, 21 Oct 2025 07:28:00 GMT指定资源有效期。浏览器在有效期内直接使用本地缓存，无需发起请求。例如，静态资源（CSS/JS）通常配置max-age=86400（24小时）。
协商缓存：当强制缓存过期时，浏览器通过If-None-Match（ETag值）或If-Modified-Since（Last-Modified时间戳）发起条件请求。服务器对比资源状态后返回304 Not Modified（未修改）或200 OK（已修改）。此机制避免了重复传输未变更的资源。

实践建议：

对稳定性高的静态资源（如第三方库）使用长周期强制缓存。
对动态内容（如API响应）采用短周期强制缓存+协商缓存，平衡性能与数据新鲜度。
避免同时使用Expires和Cache-Control，以Cache-Control优先级为准。

1.2 缓存失效策略与验证机制

ETag vs Last-Modified：ETag（实体标签）基于资源内容哈希生成，精度更高；Last-Modified仅记录最后修改时间，可能因服务器时间同步问题导致误判。推荐优先使用ETag。
Cache-Control扩展指令：
- no-cache：强制每次请求需向服务器验证缓存有效性。
- no-store：完全禁用缓存，适用于敏感数据（如用户会话）。
- private/public：分别限制缓存为终端用户或共享代理（如CDN）。

案例：某电商平台将商品图片的Cache-Control设为public, max-age=7200，同时通过ETag实现更新后立即失效，使图片加载速度提升60%，服务器带宽消耗降低45%。

二、CDN缓存：分布式网络的加速引擎

CDN（内容分发网络）通过全球节点缓存资源，将用户请求导向最近的边缘服务器，显著降低延迟与丢包率。其缓存策略与HTTP缓存互补，形成多级加速体系。

2.1 CDN缓存层级与回源机制

边缘节点缓存：用户首次请求资源时，CDN从源站拉取并缓存至就近节点。后续请求直接由边缘节点响应，时延通常<50ms。
回源策略：当边缘节点无缓存或缓存过期时，触发回源请求。可通过配置回源Host、协议跟随（HTTP/HTTPS）等参数优化回源效率。
缓存键（Cache Key）设计：CDN根据URL、查询参数、Cookie等生成唯一缓存标识。例如，忽略无关查询参数（如utm_source）可避免重复缓存。

配置建议：

对动态API接口设置短TTL（如60秒），避免数据滞后。
启用CDN的智能压缩与HTTP/2推送，进一步提升传输效率。
定期清理CDN缓存（如通过API或控制台），防止旧资源持续服务。

2.2 CDN与源站的协同优化

源站缓存头配置：CDN通常遵循源站返回的Cache-Control与Expires。若需覆盖源站策略，可在CDN控制台设置强制缓存规则（如对所有JS文件统一设置max-age=86400）。
预热（Pre-fetch）：大促活动前，手动将关键资源推送至CDN节点，避免首波流量冲击源站。
日志分析与监控：通过CDN提供的访问日志（如Nginx格式）分析缓存命中率（Cache Hit Ratio）。命中率>90%为理想状态，低于80%需调整TTL或检查回源配置。

案例：某视频平台通过CDN缓存将热门视频的缓存命中率提升至95%，源站出流量减少70%，同时用户首屏加载时间从3.2秒降至0.8秒。

三、HTTP与CDN缓存的协同策略

3.1 分层缓存架构设计

终端缓存（浏览器）：处理短周期、用户特定的资源（如个性化CSS）。
CDN边缘缓存：存储高频访问的静态资源（如图片、字体）。
CDN区域缓存：对低频资源或大文件（如安装包）进行区域级缓存。
源站缓存：作为最终兜底，通常配置no-cache或极短TTL。

3.2 动态资源缓存方案

API缓存：对无用户状态的只读API（如天气数据），可通过CDN的URL签名或Token验证实现安全缓存。
HTML动态化：使用SSI（Server Side Include）或ESI（Edge Side Include）将动态内容（如用户信息）嵌入静态页面，使HTML主体可被CDN缓存。
Service Worker缓存：在PWA应用中，通过Service Worker拦截请求，实现离线缓存与精细控制。

3.3 缓存一致性保障

版本化URL：对更新频繁的资源（如JS文件），在URL中嵌入版本号（如main.v2.js），确保新版本立即生效。
Purge API调用：CDN通常提供缓存清除接口（如/purge/url），开发时可集成至CI/CD流程，实现自动化更新。
监控告警：设置缓存命中率阈值告警，当命中率骤降时快速定位问题（如配置错误或源站故障）。

四、常见问题与解决方案

缓存雪崩（Cache Avalanche）：大量资源同时过期导致源站瞬间高负载。
解法：为资源设置随机TTL（如max-age=3600±600），分散回源时间。
缓存穿透（Cache Penetration）：恶意请求不存在的资源（如/api/nonexistent）穿透缓存直达源站。
解法：CDN配置空结果缓存（如缓存404响应5分钟），或源站返回404 Not Found时携带Cache-Control: no-store。
跨域缓存问题：CDN节点跨域存储资源时可能因CORS策略被浏览器拦截。
解法：源站返回Access-Control-Allow-Origin: *，或CDN配置CORS头自动添加。

五、总结与展望

HTTP缓存与CDN缓存的协同使用，是构建高性能Web应用的关键。开发者需根据业务场景（如静态网站、动态API、实时数据）选择合适的缓存策略，并通过监控工具持续优化。未来，随着Edge Computing的发展，CDN将进一步集成计算能力（如Lambda@Edge），实现请求处理与缓存的深度融合，为低延迟应用（如AR/VR）提供更强支持。

行动建议：

立即检查现有应用的缓存配置，确保Cache-Control与CDN规则一致。
对TOP 10高流量资源进行CDN预热与版本化管理。
集成缓存命中率监控至日常运维看板，设定每周优化目标。

深入解析：HTTP缓存与CDN缓存的协同优化