[HTTP] HTTP 헤더 ② - 캐시와 조건부 요청

캐시 기본 동작

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• 캐시가 어떻게 동작하는지 기본 동작을 통해 알아보자

• 클라이언트에서 star.jpg 이미지를 요청한다.

• 서버에서는 해당 이미지가 있으면 응답을 줘야 하는데,
  이미지의 HTTP 헤더+바디를 합쳐 대략 1.1M 정도 용량의 데이터를 응답한다.

• 클라이언트에서는 해당 이미지를 응답받아 사용한다.

• 클라이언트에서는 star.jpg 이미지를 다시 한번 요청한다.
• 서버에서는 동일한 이미지를 다시 1.1M 정도 용량의 데이터를 응답해 준다.
• 클라이언트에서는 해당 이미지를 응답받아 사용한다.

• 동일한 이미지를 요청하는 데 네트워크를 통해 같은 데이터를 또 다운로드해야 한다.
• 용량이 클수록 비용이 커지고 브라우저의 로딩 속도가 느려진다.

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• 헤더에 cache-controll 속성을 넣어주어 캐시가 유효한 시간을 넣어준다.
  위에서는 60초로 설정해 60초 동안은 해당 캐시가 유효하다는 의미다.

• 그럼 브라우저 캐시에 응답 결과를 저장하며 60초간 유효하다.

캐시를 적용한 두 번째 요청

• 두 번째 요청할 때는 우선 캐시를 조회한다.
• 캐시가 존재하고 아직 60초 이내이기에 유효한 캐시가 있어서 해당 캐시에서 자료를 가져온다.

• 유효시간이 초과한다면 어떻게 될까?
  • 다시 서버에 요청을 하고 60초간 유효한 star.jpg 이미지를 응답받아서 캐시를 업데이트해준다.
  • 이때 다시 네트워크 다운로드가 발생한다.

캐시 적용

• 캐시 덕분에 캐시 가능 시간 동안 네트워크를 사용하지 않아도 된다.
• 비싼 네트워크 사용량을 줄일 수 있다.
• 브라우저 로딩 속도가 매우 빠르다.
• 사용자는 매우 빠른 경험을 할 수 있다.

❓ 캐시 유효시간이 지나서 다시 요청을 해야 하는 경우

특정 자료가 필요해 요청을 해야하는 경우 캐시 유효시간이 지났지만,
변경이 없기 때문에 해당 데이터를 써도 되는 상황이라면 어떻게 해야 할까 ❓

이를 검증 헤더와 조건부 요청에서 알아본다.

검증 헤더와 조건부 요청 ①

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• 캐시 유효시간 초과 후, 서버에 다시 요청을 하면 다음과 같은 상황이 생긴다.

캐시 시간 초과

캐시 만료 후에도 서버에서 데이터를 변경하지 않은 경우 서버에서 동일한 데이터를 요청해서 응답받는 것은 여러모로 비용 낭비다.

이럴 때는 저장해 둔 캐시를 재사용 할 수 있으면 좋은데, 어떻게 클라이언트의 데이터와 서버의 데이터가 동일하다는 것을 알 수 있는지에 대해 알아야 한다.

그래서 검증 헤더가 들어가는 것이다.

• 데이터가 마지막으로 수정된 시간 정보를 헤더에 작성해 준다
  • Last-Modified : 2020년 11월 10일 10:00:00
  • UTC 표기법으로 적어준다.

• 응답 결과를 캐시에 저장할 때 데이터 최종 수정일도 저장된다.

• 캐시 시간이 초과해서 다시 요청을 해야 하는데, 캐시에 최종 수정일 정보(Last-Modified)가 있다면 요청 헤더에 if-modified-since에 해당 날짜를 담아서 서버에 보낸다.

• 서버의 해당 자료의 최종 수정일과 비교해서 데이터가 수정이 안되었을 경우 응답 메시지에 이를 담아서 알려준다.

• HTTP Body는 응답 데이터에 없다.
• 상태 코드는 304 Not Modified로 변경된 것이 없다는 것을 알린다.
• 그래서 전송 데이터는 바디가 빠졌기에 헤더만 포함된 0.1M만 전송된다.
• 클라이언트에서는 해당 응답을 받은 뒤 캐시를 갱신해 주고 다시 일정 시간(60초) 유효하게 된다.

정리

• 캐시 유효 시간이 초과해도, 서버의 데이터가 갱신되지 않으면
• 304 Not Modified + 헤더 메타 정보만 응답한다.
• 클라이언트는 서버가 보낸 응답 헤더 정보로 캐시의 메타 정보를 갱신한다.
• 클라이언트는 캐시에 저장되어 있는 데이터 재활용
• 결과적으로 네트워크 다운로드가 발생하지만 용량이 작은 헤더 정보만 다운로드하면 된다.

매우 실용적인 해결책

검증 헤더와 조건부 요청 ②

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검증 헤더란 캐시 데이터와 서버 데이터가 같은지 검증하는 데이터로 위에서는 Last-Modified를 사용해 보았다. 이런 헤더를 이용해서 클라이언트에서 서버로 요청할 때 검증부 요청 헤더를 만들어서 보내면 된다.

이번에는 ETag를 알아보자.

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

If-Modified-Since 이후에 데이터가 수정이 되었다면?

• 데이터 미변경인 경우
  • 캐시 2020년 11월 10일 10:00:00 👉 서버 2020년 11월 10일 10:00:00
  • 304 Not Modified, 헤더 데이터만 전송 (Body 없음)
  • 전송 용량 0.1M (헤더 0.1M, 바디 1.0M)

• 데이터가 변경된 경우
  • 캐시 2020년 11월 10일 10:00:00 👉 서버 2020년 11월 10일 11:00:00
  • 200 OK, 모든 데이터 전송(Body 포함)
  • 전송 용량 1.1 (헤더 0.1M, 바디 1.0M)

Last-Modified, If-Modified-Since의 단점

• 1초 미만(0.x초) 단위로 캐시 조정이 불가능하다.
• 날짜 기반의 로직을 사용한다.

• 데이터를 수정해 날짜가 다르지만, 데이터 결과가 똑같은 경우
  • test.txt 파일의 내용을 A 👉 B로 수정했지만, 다시 B 👉 A로 수정한 경우

• 서버에서 별도의 캐시 로직을 관리하고 싶은 경우
  • ex) 스페이스나 주석처럼 크게 영향이 없는 변경에서 캐시를 유지하고 싶은 경우

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ETag, If-None-Match

서버에서 완전히 캐시를 컨트롤하고 싶은 경우 ETag를 사용하면 된다.

• ETag(Entity Tag)
• 캐시용 데이터에 임의의 고유한 버전 이름을 달아둔다.
  • ETag : "v1.0", ETag : "a2jiodwjekjl3"

• 데이터가 변경되면 이 이름을 바꾸어서 변경한다. (Hash를 다시 생성)
  • ETag : "aaaa" → ETag : "bbbb"

• 단순하게 ETag만 보내서 같으면 유지하고 다르면 다시 받는다.

ETag를 사용한 첫 번째 요청

• 헤더에 ETag를 작성해서 응답해 준다.
• 클라이언트의 캐시에선 ETag 값을 저장한다.

ETag를 사용한 두 번째 요청

캐시 시간 초과

• 캐시 시간이 초과돼서 다시 요청을 해야 하는 경우
• 이때 If-None-Match를 요청 헤더에 작성해서 보낸다.

• 서버에서 데이터가 변경되지 않았을 경우 ETag는 동일하다. 그래서 If-None-Match는 실패다.
• 이 경우 서버에서는 304 Not Modified를 응답하며 이때 역시 HTTP Body는 없다.
• 브라우저 캐시에서는 응답 결과를 재사용하고 헤더 데이터를 갱신한다.

정리

• ETag만 서버에 보내 동일하면 유지하고 다르면 다시 받는다.
• 캐시 제어 로직을 서버에서 관리한다.
• 클라이언트는 단순하게 이 값을 서버에 제공한다
  • 캐시 메커니즘을 알 필요가 없다.

• 예)
  • 서버는 베타 오픈 기간 3일간 파일이 변경되어도 ETag를 동일하게 유지
  • 애플리케이션 배포 주기에 맞춰서 ETag를 모두 갱신

캐시와 조건부 요청 헤더

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캐시와 관련된 헤더들과 조건부 요청 헤더를 정리하는 시간을 가져보자.

캐시 제어 헤더

캐시 지시어(directives)

• Cache-Control : max-age
  • 캐시 유효 시간이고 초 단위이다.
• Cache-Control : no-cache
  • 데이터는 캐시 해도 되지만, 항상 원(origin) 서버에 검증하고 사용해야 한다.
• Cache-Control : no-store
  • 데이터에 민감한 정보가 있기에 저장하면 안 된다.
    (메모리에서 사용하고 최대한 빨리 삭제)

Pragma

캐시 제어(하위 호환)

• Pragma : no-cache
• HTTP 1.0 하위 호환
• 현재는 거의 사용되지 않는다.

Expires

캐시 만료일 지정(하위 호환)

• expires : Mon, 01 Jan 1990 00:00:00 GMT
• 캐시 만료일을 정확한 날짜로 지정
• HTTP 1.0부터 사용
• 지금은 더 유용한 max-age를 권장한다.
• 그래서 max-age와 동시에 사용되면 Expires는 무시된다.

프록시 캐시

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한국에 있는 클라이언트에서 별 이미지가 필요한 상황이고, 이미지의 원서버가 미국에 있다고 가정해 보자. 한국에서 미국까지 직접 접근하여 이미지를 가져오는데 0.5초 걸린다고하면 클라이언트는 모두 0.5초를 기다려야 해당 이미지를 받을 수 있다.

이 같은 상황에서 소요되는 시간을 줄이기 위해 프록시 캐시가 도입되었다.

프록시 캐시 도입 - 첫 번째 요청

• 프록시 캐시서버를 두고, 클라이언트는 프록시 캐시서버를 통해 자료를 가져온다.

• 여러 사람이 찾은 자료일수록 이미 캐시에 등록되어 있기에 빠른 속도로 자료를 가져올 수 있다.
  • 같은 국내에 있기에 원서버에 접근하는 것보다 훨씬 빠른 속도에 자료를 가져올 수 있다.
  • ex) 유튜브에서 고용량의 영상도 빨리 볼 수 있는 이유.

• 클라이언트에서 사용되고 저장되는 캐시를 private 캐시라 하고 프록시 캐시서버의 캐시를 public 캐시라 한다.

Cache-Control

캐시 지시어(directives) - 기타

• Cache-Control : public
  • 응답이 public 캐시에 저장되어도 된다.

• Cache-Control : private
  • 응답이 해당 사용자만을 위한 것으로 private 캐시에 저장해야 한다.(default)

• Cache-Control : s-maxage
  • 프록시 캐시에만 적용되는 max-age

• Age : 60(HTTP 헤더)
  • 오리진 서버에서 응답 프록시 캐시 내에 머문 시간(초)

캐시 무효화

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

정말 캐시 무효화를 확실하게 해야 하는 경우 위와같 이 적용하면 된다.

캐시 지시어(directives) - 확실한 캐시 무효화

• Cache-Control : no-cache
  • 데이터는 캐시 해도 되지만, 항상 원 서버에 검증하고 사용해야 한다.
  • 이름 때문에 캐시를 사용 안 한다고 생각할 수 있으니 주의하자.

• Cache-Control : no-store
  • 데이터에 민감한 정보가 있기에 저장하면 안 되니 메모리에서 사용하고 최대한 빨리 삭제

• Cache-Control : must-revalidate
  • 캐시 만료 후 최초 조회 시 원 서버에 검증해야 한다.
  • 원 서버 접근 실패 시 반드시 오류가 발생해야 한다. - 504(Gateway Timeout)
  • must-revalidate는 캐시 유효시간이라면 캐시를 사용한다.

• Pragma: no-cache
  • HTTP 1.0 하위 호환

no-cache와 must-revalidate를 왜 같이 써야 하는가 ❓

둘 다 원 서버에 검증해야 하는데 어째서 혼용해서 써야 할까?

no-cache 기본 동작

• 캐시 서버 요청 후, 프록시 캐시 서버에 도착하면 no-cache인 경우 원 서버에 요청을 한다.
  그리고 원 서버에서 검증 후 응답을 한다.

• 하지만, 프록시 캐시 서버와 원 서버 간 네트워크 연결이 단절되어 접근이 불가능하다면,
  no-cache에서는 응답으로 오류가 아닌 오래된 데이터라도 보여주자는 개념으로 200OK으로 응답을 한다.

must-revalidate 기본 동작

• 캐시 서버 요청 후, 프록시 캐시 서버와 원 서버 간의 접근이 불가능하다면 must-revalidate에서는 항상 오류가 발생해야 한다. (504 Gateway Timeout)

정리

no-cache로 무조건 원 서버에서 검증을 하고,
must-revalidate로 원 서버와 검증이 안되면 오류가 발생하도록 한다

마지막으로 Pragma를 사용해서 혹시 모를 1.0 이하 버전의 하위 호환도 적용해 준다.