[최적화] 캐시 관리

김영한 강사님의 모든 개발자를 위한 HTTP 웹 기본 지식 강의를 참고했습니다.

캐시란?

캐시는 다운로드 받은 데이터나 값을 미리 복사해놓은 임시 저장소를 뜻한다. 데이터에 접근하는 시간이 오래 걸리는 경우나 값을 다시 계산하는 시간을 절약하고 싶은 경우에 사용한다.

💡 브라우저 캐시 활용시 효과

• 캐시가 유효한 시간동안 네트워크 리소스를 아낄 수 있다.
• 파일을 다시 받아올 필요가 없기 때문에 브라우저 로딩이 빠르다.
• 로딩이 빨라진 만큼 빠른 사용자 경험을 제공한다.

캐시 기본 동작

🚨 캐시 없을 때

• 데이터에 변경이 없어도 매번 네트워크를 통해서 다운로드 해야 함
  👉 인터넷 네트워크는 매우 느리고 비쌈
  👉 브라우저 로딩 속도 느림

💡 캐시 있을 때

• 캐시 가능 시간동안 네트워크를 사용하지 않아도 됨
  👉 비싼 네트워크 사용량을 줄일 수 있음
  👉 브라우저 로딩 속도가 매우 빠름

캐시 동작 과정

• 클라이언트가 이미지(예시)를 요청했을 때, 서버는 응답으로 이미지와 함께 캐시 유효 시간을 응답으로 줌
• 클라이언트는 응답 결과를 브라우저 캐시에 저장
• 똑같은 이미지를 재요청할 때, 클라이언트는 우선 브라우저 캐시의 캐시 유효 시간을 보고 유효하면 캐시에서 조회함
• 만약 유효 시간이 초과됐다면 서버를 통해 데이터를 다시 조회하고 캐시를 갱신

검증 헤더와 조건부 요청

🤔 캐시 만료후에도 서버에서 데이터를 변경하지 않았다면?

• 데이터를 전송하는 대신에 저장해 두었던 캐시를 재사용 할 수 있음
• 대신 클라이언트와 서버의 데이터가 같은지 확인 해야함

캐시 시간 초과

• 클라이언트가 데이터를 요청하고 서버가 응답할 때, 캐시 유효 시간 외에 최종 수정 시간(Last-Modified)도 함께 보낸다.
• 클라이언트는 응답 결과를 브라우저에 캐시에 저장한다.
• 클라이언트가 똑같은 데이터를 다시 요청할 때, 만약 캐시 유효 시간이 초과되었다면 캐시에서 최종 수정 시간을 꺼내서 요청에 if-modified-since에 넣어 보낸다.
• 만약 서버가 가진 최종 수정일과 요청으로 보낸 수정일이 동일하다면 304 Not Modified로 바디없이 응답한다.
• 클라이언트는 서버가 보낸 헤더 정보로 캐시 정보를 갱신하고 브라우저 캐시의 데이터를 재사용한다.

📌 정리

• 캐시 유효 시간이 초과해도 서버의 데이터가 갱신되지 않으면 304 Not Modified + 헤더 메타 정보만 응답(바디X)
• 클라이언트는 서버가 보낸 응답 헤더 정보로 캐시의 메타 정보를 갱신
• 클라이언트는 캐시에 저장되어 있는 데이터 재활용
• 결과적으로 네트워크 다운로드가 발생하지만 용량이 적은 헤더 정보만 다운로드

검증 헤더

• 캐시 데이터와 서버 데이터가 같은지 검증하는 데이터
  예) Last-Modified , ETag

조건부 요청 헤더

• 검증 헤더로 조건에 따른 분기
  예) If-Modified-Since: Last-Modified, If-None-Match: ETag 사용
• 조건이 만족하면 200 OK, 만족하지 않으면 304 Not Modified

🚨 Last-Modified, If-Modified-Since 단점

• 1초 미만 단위로 캐시 조정이 불가능하며 날짜 기반의 로직임
• 데이터를 수정해서 날짜는 다르지만 수정 결과가 똑같은 경우 판별이 안됨
• 주석처럼 크게 영향이 없는 변경일 경우 캐시를 유지하고 싶을 때도 변경됨

💡 ETag, If-None-Match

• ETag(Entity Tag) : 캐시용 데이터에 임의의 고유한 버전 이름을 달아둠
  예) ETag: "v1.0", ETag: "a2jiodwjekjl3"
• 데이터가 변경되면 이 이름을 바꾸어서 변경함(Hash를 다시 생성)
  예) ETag: "aaaaa" -> ETag: "bbbbb"
• ETag만 보내서 같으면 유지, 다르면 다시 받음
  👉 캐시 제어 로직을 서버에서 완전히 관리

캐시와 조건부 요청 헤더

Cache-Control: 캐시 제어

• Cache-Control : max-age
  • 캐시 유효 시간, 초 단위
• Cache-Control : no-cache
  • 데이터는 캐시해도 되지만, 항상 원(origin) 서버에 검증하고 사용
• Cache-Control : no-store
  • 데이터에 민감한 정보가 있으므로 저장하면 안됨
    👉 메모리에서 사용하고 최대한 빨리 삭제

Pragma: 캐시 제어(하위 호환)

• Pragma: no-cache
  • HTTP 1.0 하위 호환

Expires: 캐시 유효 기간(하위 호환)

• 캐시 만료일을 정확한 날짜로 지정(HTTP 1.0 부터 사용)
• 현재는 Cache-Control: max-age 권장
  👉 Cache-Control: max-age와 함께 사용하면 Expires는 무시

프록시 캐시

Cache-Control

• Cache-Control: public
  • 응답이 public 캐시에 저장되어도 됨
• Cache-Control: private
  • 응답을 private 캐시에 저장해야 함(기본값)
• Cache-Control: s-maxage
  • 프록시 캐시에만 적용되는 max-age
• Age: 60 (HTTP 헤더)
  • 오리진 서버에서 응답 후 프록시 캐시 내에 머문 시간(초)

캐시 무효화

Cache-Control

• Cache-Control: no-cache
• Cache-Control: no-store
• Cache-Control: must-revalidate
  • 캐시 만료후 최초 조회시 원 서버에 검증해야함
  • 원 서버 접근 실패시 반드시 오류가 발생해야함 - 504(Gateway Timeout)
  • must-revalidate는 캐시 유효 시간이라면 캐시를 사용함
• Pragma: no-cache

🤔 no-cache과 must-revalidate의 차이점

• no-cache는 원서버에 접근할 수 없는 경우, 서버 설정에 따라서 캐시 데이터를 반환할 수 있음(Error or 200 OK)
• must-revalidate는 원 서버에 접근할 수 없는 경우, 항상 오류가 발생해야 함(504 Gateway Timeout)