HTTP 헤더2 - 캐시와 조건부 요청

LeeKyoungChang·2022년 1월 3일

HTTP 웹 기본 지식

spring, jpa 강의를 보고 정리한 내용입니다.

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'모든 개발자를 위한 HTTP 웹 기본 지식' 수업을 듣고 정리한 내용입니다.

📚 1. 캐시 기본 동작

📖 A. 캐시가 없을 때

클라이언트에서 start.jpg 이미지를 요청한다.
서버에서는 해당 이미지가 있으면 응답을 줘야하는데, 이미지의 HTTP 헤더 + 바디를 합쳐 대략 1.1m 정도 용량의 데이터를 응답한다.
클라이언트에서는 해당 이미지를 응답받아 사용한다. (이미지 표시)

클라이언트에서는 star.jpg 이미지를 다시 한 번 요청한다.
서버에서는 동일한 이미지를 다시 1.1m 정도 요량의 데이터를 응답해준다.
클라이언트에서는 해당 이미지를 응답받아 사용한다.
동일한 이미지를 요청하는데 네트워크를 통해 같은 데이터를 또 다운 받아야 한다.
용량이 클수록 비용이 커지고 브라우저의 로딩속도가 느려진다.

데이터가 변경되지 않아도 계속 네트워크를 통해서 데이터를 다운로드 받아야 한다.

인터넷 네트워크는 매우 느리고 비싸다.

브라우저 로딩 속도가 느리다.

느린 사용자 경험

📖 B. 캐시 적용

헤더에 cache-control 속성을 넣어주어 캐시가 유효한 시간을 넣어준다.

cache-control 의 max-age 를 60으로 지정하여, 60초 동안 유효하도록 한다.

우선 캐시를 조회한다.
캐시가 존재하고 아직 60초 이내이기에 유효한 캐시가 있으면 해당 캐시에서 자료를 가져온다.

이 경우에는 다시 서버에 요청하고 60초간 유요한 star.jpg 이미지를 응답받아서 캐시를 업데이트 해준다.
이때 다시 네트워크 다운로드가 발생한다. (아까움)

🔔 캐시 적용시

캐시 덕분에 캐시 가능 시간동안 네트워크를 사용하지 않아도 된다.

비싼 네트워크 사용량을 줄일 수 있다.

브라우저 로딩 속도가 매우 빠르다.

사용자는 빠르게 경험을 할 수 있다.

📚 2. 검증 헤더와 조건부 요청1

📖 A. 캐시 시간 초과

캐시 유효 시간이 초과해서 서버에 다시 요청하면 다음 두가지 상황이 나타난다.
- 서버에서 기존 데이터를 변경함
- 서버에서 기존 데이터를 변경하지 않음 (새로 갱신할 때 비용이 많이든다!)
캐시 만료 후에도 서버에서 데이터를 변경하지 않는다.
생각해보면 데이터를 전송하는 대신에 저장해 두었던 캐시를 재사용 할 수 있다.
단, 클라이언트의 데이터와 서버의 데이터가 같다는 사실을 확인할 수 있는 방법이 필요하다.

📖 B. 검증 헤더 추가

(1) 첫 번째 요청

* 데이터가 마지막으로 수정된 시간 정보를 헤더에 작성한다.

응답 결과를 캐시에 저장할 때 데이터 최종 수정일도 저장된다.

(2) 두 번째 요청 - 캐시 시간 초과

캐시 시간이 초과해서 다시 요청을 해야하는데, 캐시에 최종 수정일 정보(Last-Modified) 가 있다면 요청 헤더에 if-modified-since 에 해당 날짜를 담아서 서버에 보낸다.
서버의 해당 자료의 최종 수정일과 비교해서 데이터가 수정이 안되었을 경우 응답 메세지에 이를 담아서 알려준다.

HTTP Body는 응답 데이터에 없다.
상태코드는 304 Not Modified 로 변경된 것이 없다는 것을 알린다.
그래서 전송 데이터는 바디가 빠졌기에 헤더만 포함된 0.1m만 전송된다.
클라이언트에서는 해당 응답을 받은 뒤 캐시를 갱신해주고 다시 일정시간(60초) 유효하게 된다.

🔔 정리

캐시 유효 시간이 초과해도, 서버의 데이터가 갱신되지 않으면 304 Not Modified + 헤더 메타 정보만 응답한다. (바디는 빼버린다.)

클라이언트는 서버가 보낸 응답 헤더 정보로 캐시의 메타 정보를 갱신한다.

클라이언트는 캐시에 저장되어 있는 데이터 재활용한다.

결과적으로 네트워크 다운로드가 발생하지만 용량이 적은 헤더 정보만 다운로드한다.

매우 실용적인 해결책이다.

📚 3. 검증 헤더와 조건부 요청2

검증 헤더

캐시 데이터와 서버 데이터가 같은지 검증하는 데이터

Last-Modified , ETag

조건부 요청 헤더

검증 헤더로 조건에 따른 분기
If-Modified-Since: Last-Modified 사용
If-None-Match : ETag 사용
조건이 만족하면 200 0K
조건이 만족하지 않으면 304 Not Modified

📖 A. 예시

If-Modified-Since : 이후에 데이터가 수정되었으면?

데이터 미변경 예시
- 캐시: 2020년 11월 10일 10:00:00 vs 서버: 2020년 11월 10일 10:00:00
- 304 Not Modified , 헤더 데이터만 전송(BODY 미포함)
- 전송 용량 0.1M (헤더 0.1M, 바디 1.0M)
데이터 변경 예시
- 캐시: 2020년 11월 10일 10:00:00 vs 서버: 2020년 11월 10일 11:00:00
- 200 OK, 모든 데이터 전송(BODY 포함)
- 전송 용량 1.1M (헤더 0.1M, 바디 1.0M)

📖 B. Last-Modified, If-Modified-Since의 단점

1초 미만(O.x초) 단위로 캐시 조정이 불가능하다.
날짜 기반의 로직 사용
데이터를 수정해 날짜가 다르지만, 같은 데이터를 수정해서 데이터 결과가 똑같은 경우
- test.txt 파일의 내용을 A->B 로 수정했지만, 다시 B->A 로 수정한 경우 (복붙 지웠다가 다시 붙여넣으면 원본과 똑같을 수가 있다.)
서버에서 별도의 캐시 로직을 관리하고 싶은 경우
- ex) 스페이스나 주석처럼 크게 영향이 없는 변경에서 캐시를 유지하고 싶은 경우

📖 C. ETag, If-None-Match

서버에서 완전히 캐시를 컨트롤하고 싶은 경우 ETag 를 사용하면 된다.

ETag : 캐시용 데이터에 임의의 고유한 버전 이름을 달아둔다.

ex) ETag: "v1.0"m ETag: "a2jiodwjekjl3"

데이터가 변경되면 이 이름을 바꾸어서 변경한다.(Hash를 다시 생성, Hash 라이브러리에서 파일 컨텐츠가 같으면 똑같은 결과가 나온다. 다르면 다시 받는다.)

ex) ETag: "aaaaa" → ETag: "bbbbb"

➡️ 단순하게 ETag만 보내서 같으면 유지, 다르면 다시 받는다.

캐시 제어 로직을 서버에서 완전히 관리한다.
클라이언트는 단순히 이 값을 서버에 제공한다. (클라이언트는 캐시 메커니즘을 모른다.)
ex)
- 서버는 배타 오픈 기간인 3일 동안 파일이 변경되어도 ETag 를 동일하게 유지
- 애플리케이션 배포 주기에 맞추어 ETag 모두 갱신

📚 3. 캐시와 조건부 요청 헤더

캐시 제어 헤더
(1) Cache-Control : 캐시 제어
(2) Pragma : 캐시 제어 (하위 호환)
(3) Expries : 캐시 유효 기간(하위 호환)

📖 A. Cache-Control

캐시 지시어(directives)
(1) Cache-Control: max-age

캐시 유효 시간, 초 단위 (보통 길게 잡는다.)

(2) Cache-Control: no-cache

데이터는 캐시해도 되지만, 항상 원(origin) 서버에 검증하고 사용해야 한다. (원 origin 서버 : 중간에 있는 캐시 서버가 아닌 원 서버, 뒤에서 프록시 서버에서 용어 배움)

(3) Cache-Control: no-store

데이터에 민감한 정보가 있기에 저장하면 안된다. (메모리에서 사용하고 최대한 빨리 삭제한다.)

📖 B. Pragma

캐시 제어 (하위 호환)

Pragma : no-cahce

HTTP 1.0 하위 호환

현재는 거의 사용하지 않는다.

📖 C. Expires

캐시 만료일 지정 (하위 호환)

expires: Mon, 01 Jan 1990 00:00:00 GMT

캐시 만료일을 정확한 날짜로 지정

HTTP 1.0 부터 사용

지금은 더 유용한 Cache-Control: max-age 를 권장한다.

그래서 max-age 와 동시에 사용되면 Expires 는 무시된다.

📖 D. 검증 헤더와 조건부 요청 헤더

(1) 검증 헤더(Validator)

ETag: "v 1.0", ETag: "asid93jkrh2l"

Last-Modified: Thu, 04 Jun 2020 07:19:24 GMT

(2) 조건부 요청 헤더

If-Match, If-None-Match: ETag 값 사용

If-Modified-Since, If-Unmodified-Since: Last-Modified 값 사용

📚 4. 프록시 캐시

웹 브라우저가 프록시 캐시 서버에 접근하도록 하는 것
(원 서버에 비해) 응답 시간이 빨라진다.

📖 A. 원(Origin) 서버 직접 접근

한국에 있는 클라이언트에서 별 이미지가 필요한데 이 이미지가 미국에 있는 원 서버에 있다고 해보자.

한국에서 미국까지 이미지를 가져오려면 0.5초가 걸린다. 실제로 이것보다 훨씬 오래 걸릴 수도 있고, 만약 이 별 이미지가 자주 사용되는 이미지라면 이와 같이 매번 미국에서 직접 가져오는 것은 너무 비효율적이다.

📖 B. 프록시 캐시 도입

위에서 발견된 문제들을 해결하기 위해 프록시 캐시가 도입되었다.

한국 어디간에 프록시 캐시 서버를 두고, 한국의 클라이언트(웹 브라우저)들은 이 프록시 캐시 서버에서 자료를 가져오도록 한다.

여러 사람이 찾은 자료일수록 이 프록시 캐시 서버에 등록되어 있기 때문에 빠른 속도로 자료를 가져올 수 있다.

이때 클라이언트에서 사용되어 저장되는 캐시를 private 캐시 라고 하고, 프록시 캐시 서버의 캐시를 public 캐시 라고 한다.

📖 C. Cache-Control

🔔 캐시 지시어(directives) - 기타
(1) Cache-Control : public

응답이 public 캐시에 저장되어도 된다.

(2) Cache-Control : private

응답이 해당 사용자만을 위한 것으로 private 캐시에 저장해야 한다. (기본값)

(3) Cache-Control : s-maxage

프록시 캐시에만 적용되는 max-age

(4) Age : 60 (HTTP 헤더)

오리진 서버에서 응답 후 프록시 캐시 내에 머문 시간(초)

📚 5. 캐시 무효화

Cache-Control : 확실한 캐시 무효화 응답

Cache-Control: no-cache, no-store, must-revalidate

Pragma: no-cache

HTTP 1.0 하위 호환

📖 A. Cache-Control

캐시 지시어(directives) - 확실한 캐시 무효화
(1) Cache-Control: no-cache

데이터는 캐시해도 되지만, 항상 원 서버에 검증하고 사용(이름에 주의❗️)

(2) Cache-Control: no-store

데이터에 민감한 정보가 있으므로 저장하면 안된다. (메모리에서 사용하고 최대한 빨리 삭제)

(3) Cache-Control: must-revalidate

캐시 만료 후 최조 조회시 원 서버에 검증해야 한다.

원 서버 접근 실패시 반드시 오류가 발생한다. (504 Gateway Timeout)

must-revalidate 는 캐시 유효 시간이라면 캐시를 사용한다.

(4) Pragma: no-cache

HTTP 1.0 하위 호환