HTTP web 09 - 캐시

캐시 기본동작

캐시가 없으면

• 데이터가 변경되지 않아도 계속 네트워크를 통해서 데이터를 다운로드 받아야 한다.
• 인터넷 네트워크는 매우 느리고 비싸다.
• 브라우저 로딩 속도가 느리다.
• 느린 사용자 경험

캐시 적용시

• 캐시 덕분에 캐시 가능 시간동안 네트워크를 사용하지 않아도 된다.
• 비싼 네트워크 사용량을 줄일 수 있다.
• 브라우저 로딩 속도가 매우 빠르다.
• 빠른 사용자 경험

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캐시 시간 초과

• 캐시 유효 시간이 초과하면, 서버를 통해 데이터를 다시 조회하고, 캐시를 갱신한다.
• 이때 다시 네트워크 다운로드가 발생한다.

• 캐시 만료후에도 서버에서 데이터를 변경하지 않음
• 생각해보면 데이터를 전송하는 대신에 저장해 두었던 캐시를 재사용 할 수 있다.
• 단 클라이언트의 데이터와 서버의 데이터가 같다는 사실을 확인할 수 있는 방법 필요
• 이때 사용되는 것이 검증헤더 이다.

검증 헤더와 조건부 요청

종류

• 검증 헤더 (Validator)
  • ETag: "v1.0", ETag: "asid93jkrh2l"
  • Last-Modified: Thu, 04 Jun 2020 07:19:24 GMT
• 조건부 요청 헤더
  • If-Match, If-None-Match: ETag 값 사용
  • If-Modified-Since, If-Unmodified-Since: Last-Modified 값 사용

작동과정

1. 클라이언트 요청 시 최종 수정일 Last-Modified를 헤더에 넣어둔다. (검증헤더)
   

2. 웹브라우저는 응답 결과를 캐시에 저장할때 Last-Modified도 함께 저장한다.
   

3. 캐시 유효시간이 초과된 뒤, 다시 클라이언트가 요청할때, 브라우저 캐시 안에 Last-Modified가 있다면, 요청시에 조건부 요청인if-modified-since 값으로 함께 보낸다.
   

4. 요청을 받은 서버는 if-modified-since값과 본인의 Last-Modified 값을 비교한다.
   

5. 값이 같다면, 304 Not Modified 메시지와 함께 Last-Modified 값을 다시 보낸다. 이때는, HTTP Body를 빼고 헤더만 보낸다.

6. 무거운 바디를 빼고 보내므로 네트워크 부하를 줄일 수 있다.
   

7. 304 Not Modified를 받은 웹브라우저는 기존에 보유중이던 응답결과를 재사용하고, 헤더 데이터를 갱신한다.
   

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
• 매우 실용적인 해결책

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 OK
• 조건이 만족하지 않으면 304 Not Modified

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)

Last-Modified, If-Modified-Since 단점

• 1초 미만(0.x초) 단위로 캐시 조정이 불가능
• 날짜 기반의 로직 사용
• 데이터를 수정해서 날짜가 다르지만, 같은 데이터를 수정해서 데이터 결과가 똑같은 경우 인식 불가
• 서버에서 별도의 캐시 로직을 관리하고 싶은 경우 사용 불가
• 예) 스페이스나 주석처럼 크게 영향이 없는 변경에서 캐시를 유지하고 싶은 경우

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"
• 진짜 단순하게 ETag만 보내서 같으면 유지, 다르면 다시 받는다

정리

• 진짜 단순하게 ETag만 서버에 보내서 같으면 유지, 다르면 다시 받기!
• 캐시 제어 로직을 서버에서 완전히 관리
• 클라이언트는 단순히 이 값을 서버에 제공(클라이언트는 캐시 메커니즘을 모름)
• 예)
  • 서버는 배타 오픈 기간인 3일 동안 파일이 변경되어도 ETag를 동일하게 유지
  • 애플리케이션 배포 주기에 맞추어 ETag 모두 갱신

캐시 제어 헤더

Cache-Control: 캐시제어

요즘은 Pragma, Expires보다 Cache-Control에서 전부 커버

• 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: 캐시제어 (하위호환)

• Pragma: no-cache
• HTTP 1.0 하위 호환

Expires: 캐시 유효 기간(하위호환)

• expires: Mon, 01 Jan 1990 00:00:00 GMT
• 캐시 만료일을 정확한 날짜로 지정
• HTTP 1.0 부터 사용
• 지금은 더 유연한 Cache-Control: max-age 권장
• Cache-Control: max-age와 함께 사용하면 Expires는 무시

프록시 캐시

• Cache-Control: public
  • 응답이 public 캐시에 저장되어도 됨
• Cache-Control: private
  • 응답이 해당 사용자만을 위한 것임, 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: no-cache
  • 데이터는 캐시해도 되지만, 항상 원 서버에 검증하고 사용(이름에 주의!)
• Cache-Control: no-store
  • 데이터에 민감한 정보가 있으므로 저장하면 안됨
    (메모리에서 사용하고 최대한 빨리 삭제)
• 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
  • HTTP 1.0 하위 호환

no-cache vs must-revalidate

• no-cache
  • 원서버에 접근 불가 상태임에도 캐시 데이터를 반환할 필요가 있을때 사용된다.
    
• must-revalidate
  • 돈과 관련된 것처럼 매우 중요한 서비스에서는 원서버 접근 불가 시 확실하게 오류를 발생시켜야한다.