五、cookie和web缓存

一、cookie

因为HTTP是无状态的，但是网站希望可以识别用户和与用户交互的内容，因此，大多数网站都用了cookie来跟踪用户，来管理用户的状态。示意图如下

cookie有四个部分组成：1、HTTP响应报文中的cookie首部行。2、HTTP请求报文的cookie首部行。3、用户主机中的cookie文件。4、网站的后端数据库

用cookie跟踪用户的过程如下图

上图中，假设用户访问过eBay并且第一次访问Amazon，那么当第一次访问Amazon时，web服务端会产生一个唯一的识别码，web服务端的数据库通过该识别码产生一个表。在HTTP响应报文中的set-cookie字段会将cookie设置为该识别码1678。当用户的浏览器收到该响应报文后，浏览器会把set-cookie字段中的识别码写入cookie文件。之后，当用户再次访问Amazon时，浏览器会查询cookie文件并找到Amazon对应的cookie值，然后放到用户的请求报文中的cookie字段，发给Amazon服务器。这样，Amazon就知道该cookie对应的用户的行为记录在web后端cookie对应的表中，从而知道用户在Amazon都干了啥。然后可以通过用户的行为给用户定向推荐或者服务。

示例

下面的报文是访问某个网站时，cookie跟踪用户的过程

1、当第一次访问某个网站时，web服务端发出的响应报文如下，可以看到set-cookie字段被设置

2、当再次发送HTTP请求时，请求报文的cookie字段已经被设置，和服务器发送的响应报文的set-cookie字段的值相同

3、当过了十几分钟之后再次访问该网站后，请求报文中的cookie被设置成之前的值

cookie是一把双刃剑，网站可以通过cookie更好的服务，但是同时cookie也泄露了用户的隐私，如果cookie被劫持，那么第三方就可以将cookie写入到对应网站的HTTP请求报文中，从而可以不用知道用户的账号密码就可以直接登录某个网站，具体过程见博客https://www.cnblogs.com/AirCrk/p/6051829.html

二、web缓存

如果每个主机访问web网页时都直接向服务端请求，那么服务端的通信量就会大大增加并需要额外的费用增加带宽。此外，如果客户端发送响应报文后，服务端可能会因为各种原因并不能很快的发送响应报文，增加用户的等待时间，用户体验差。为解决这两个问题，web缓存出现了

web缓存也叫代理服务器。web缓存中存储的是用户最近请求过的对象或者资源。用户可以配置浏览器的代理服务器。配置之后，当访问一个网页时的过程如下：

1、浏览器会创建一个到缓存服务器的TCP连接，并向缓存发送一个HTTP请求报文

2、web缓存服务器会对本地资源进行检查，看看是否存在请求资源的副本，如果有，web缓存服务器就向浏览器发送HTTP响应报文

3、如果没有，web缓存服务器会向真正的web服务器发起TCP连接，并发送HTTP请求报文，真正的web服务器收到请求后，向web缓存服务器发送HTTP响应报文

4、当web缓存服务器收到HTTP的响应报文后，web缓存服务器备份一份资源并向客户端浏览器发送HTTP响应报文发送该副本资源

示意图如下

客户端、web缓存和真正的服务器三者之间的关系如下图

即便缓存服务器内有缓存，也不能保证每次都会返回OK。因为这关系到被缓存资源的有效性。当源服务器上的资源更新时，如果还是使用不变的缓存，那就会演变成返回更新前的“旧”资源了。

即使存在缓存，也会因为客户端的要求、缓存的有效期等因素，向源服务器确认资源的有效性。若判断缓存失效，缓存服务器将会再次从源服务器上获取“新”资源。

示意图

缓存不仅可以存在于缓存服务器内，还可以存在客户端浏览器中。浏览器缓存如果有效，就不必再向服务器请求相同的资源了，可以直接从本地磁盘内读取。

和缓存服务器相同的一点是，当判定缓存过期后，会向源服务器确认资源的有效性。若判断浏览器缓存失效，浏览器会再次请求新资源。

报文示例

以下报文是访问http://gaia.cs.umass.edu/wireshark-labs/HTTP-wireshark-file1.html时的报文

可见第一次请求时的响应报文返回OK，第二次请求的响应报文返回了一个304 Not Modified

第一次响应OK的报文如下

第二次请求的报文如下

可见，在第二次请求报文中出现了If-Modified-Since: Sat, 09 Jan 2021 06:59:01 GMT\r\。If-Modified-Since字段表示自从某个时间点之后，如果请求的资源被修改过，真正的服务端才会通过HTTP响应报文发送该资源给客户端浏览器

第二次响应报文如下

服务端发来HTTP/1.1 304 Not Modified\r\n，这意味着在第二次请求报文中If-Modified-Since字段的时间点之后，该资源没有被修改，所以，Web服务器通过web缓存发送该资源的副本给客户端，而且从响应报文中也可以看出，该响应报文没有携带资源

所以，通过上述分析，web缓存的作用实质是起到一个分流的作用，减缓web服务器的压力。通过缓存可以减少Web服务器数据传输，节省流量和带宽，缓解Web服务器带宽的瓶颈以及数据拥塞。对Web服务器的要求降低了。缓存也降低了延时，因为从较远的地方传送响应报文会慢一些

参考

《图解HTTP》

《计算机网络自顶向下方法》

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