캐시와 조건부 요청
캐시란?
캐시(cache)는 컴퓨터 과학에서 데이터나 값을 미리 복사해 놓는 임시 장소를 가리킨다.
같은 데이터에 반복적으로 엑세스하는 경우나 잘 변하지 않는 데이터의 경우 캐시를 사용하면 더 빠른 속도로 데이터에 접근할 수 있다. 그래서 데이터의 재사용 횟수가 한 번 이상이어야 캐시는 의미가 있다.
여러가지 캐시의 종류
CPU 캐시
디스크 캐시
웹 캐시: 브라우저 캐시, 프록시 캐시
이번 포스팅에서는 웹 캐시를 정리하고자 한다.
캐시의 기본 정의에 따라 웹 캐시는 웹 페이지의 요소를 저장하기 위한 임시 저장소이다.
HTTP 요청으로 가져올 수 있는 모든 종류의 리소스(HTML, CSS, JS, 이미지, 비디오 파일)를 로컬 브라우저 내부나 근처에 있는 프록시 서버에 임시 저장하여 사용자가 동일한 서버로 다시 요청할 때, 원 서버와의 연결없이 데이터를 캐시에서 빠르게 가져올 수 있다.
서버는 HTTP 헤더에 캐시 유효 시간을 설정하여 클라이언트에 응답하고, 브라우저는 응답 결과를 캐시에 저장한다. 2번째 요청 시 브라우저 캐시를 먼저 조회하여 캐시 유효 시간 내에 있으면 브라우저 내 캐시에서 데이터를 가져온다.
캐시 기본 동작
캐시 적용 X
데이터가 변경되지 않아도 계속 네트워크를 통해서 데이터를 다운로드 받아야 한다.
인터넷 네트워크는 매우 느리고 비싸다.
브라우저 로딩 속도가 느리다.
느린 사용자 경험
캐시 적용 O - 캐시 시간 이내
최초 이후에는 start.jpg를 cache-control(캐시 유효 시간) 동안 다시 다운받지 않아도 됨.
캐시 덕분에 캐시 가능 시간동안 네트워크를 사용하지 않아도 됨.
브라우저 로딩 속도가 매우 빠름
빠른 사용자 경험
캐시 적용 O - 캐시 시간 초과
cache-control(캐시 유효 시간)이 지나면 start.jpg를 다시 요청(서버와 캐시의 데이터가 일치하지 않을 수도 있기 때문)
새로 응답받은 응답 결과를 캐시에 갱신
캐시 유효 시간이 초과하면, 서버를 통해 데이터 다시 조회하고, 캐시 갱신
위의 예시에서 start.jpg가 변하지 않았지만 캐시 유효 시간이 지나면 다시 다운받아야하는 문제가 발생한다.
데이터가 변했는지 확인 후 변했을 경우에만 다운받으면 좋겠다는 생각을 할 것이다. 이것을 구현하도록 도와주는게 검증 헤더와 조건부 요청이다.
검증 헤더와 조건부 요청
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
검증 헤더 - Last-Modified
캐시 시간 초과 시 발생할 수 있는 상황
- 서버에서 기존 데이터를 변경하지 않음
- 서버에서 기존 데이터를 변경 => 검증 헤더와 조건부 요청으로 서버의 데이터가 같은지 다른지 확인
서버에서 기존 데이터를 변경하지 않음 - 첫 번째 요청
서버의 응답헤더에 Last-Modified(검증 헤더)로 데이터가 마지막 수정된 시간을 알려줌
브라우저 캐시에 데이터가 마지막 수정된 시간이 포함된 응답 결과를 저장
서버에서 기존 데이터를 변경하지 않음 - 두 번째 요청(캐시 시간 초과)
브라우저 캐시에 있던 데이터 마지막 수정 시간을 if-modified-since(조건부 요청)으로 보냄
서버에서 데이터 최종 수정일과 요청에서 온 데이터 마지막 수정 시간을 비교에 검증
HTTP Body를 제외하고 헤더부분만 응답으로 보내줌
304 Not Modified로 응답 결과를 재사용하고, 헤더 데이터를 갱신
캐시 유효 시간이 초과해도, 서버의 데이터가 갱신되지 않으면
304 Not Modified + 헤더 메타 정보만 응답(바디 X)
클라이언트는 서버가 보낸 응답 헤더 정보로 캐시의 메타 정보 갱신
클라이언트는 캐시에 저장되어 있는 데이터 재활용
네트워크 다운로드가 발생하지만 용량이 적은 헤더 정보만 다운로드
매우 실용적인 해결책
서버에서 기존 데이터를 변경
만약 if-modified-since 이후에 데이터가 수정되었으면?
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 단위로 캐시 조정 불가능
- 날짜 기반의 로직 사용
- 데이터를 수정해서 날짜가 다르지만, 같은 데이터를 수정해서 데이터의 결과가 똑같은 경우
- 서버에서 별도의 캐시 로직을 관리하고 싶은 경우 => ETag 사용 ex) 스페이스나 주석처럼 크게 영향이 없는 변경에서 캐시를 유지하고 싶은 경우
검증 헤더 - ETag(Entity Tag)
캐시용 데이터에 임의의 고유한 버전 이름을 달아둠
데이터가 변경되면 이 이름을 바꾸어서 변경(Hash 다시 생성) 예) ETag: “v1.0”, ETag: “a2jiodwjekjl3”
ETag를 보내서 같으면 유지, 다르면 다시 받기 예) ETag: “aaaaa” -> ETag: “bbbbb”
첫 번째 요청
서버에서 클라이언트로 검증 헤더(ETag) 전달
브라우저 캐시에 응답 결과를 캐시에 저장
두 번째 요청 - 캐시 시간 초과
- 클라이언트에서 캐시가 가지고 있는 ETag를 조건부 요청(If-None-Match)으로 보냄
- 서버에서 ETag의 값과 캐시의 값을 비교 후 같으면(데이터가 변경되지 않을 경우) 304 Not Modify
- 특징
- 진짜 단순하게 ETag만 서버에 보내서 같으면 유지, 다르면 다시 받기!
- 캐시 제어 로직응 서버에서 완전히 관리
- 클라이언트는 캐시 메커니즘을 모름
캐시와 조건부 요청 헤더
Cache-Control: 캐시 제어
max-age: 캐시 유효 시간, 초단위
no-cache: 데이터는 캐시해도 되지만, 항상 원 서버에 검증하고 사용
no-store: 데이터에 민감한 정보가 있으므로 저장하면 안됨
public: 응답이 public 캐시에 저장되어도 됨
private: 응답이 해당 사용자만을 위한 것(로그인), private 캐시에 저장해야 함(기본값)
must-revalidate: 캐시 만료후 최초 조회시 원 서버에 검증해야함
Pragma: 캐시 제어(하위 호환)
Pragma: no-cache
HTTP 1.0 하위 호환
Expires: 캐시 유효 기간(하위 호환)
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
프록시 캐시란 클라이언트와 서버 사이에 위치하는 중간 서버로, 클라이언트의 요청을 대신한다.
서버로부터 데이터를 가져오고, 그 결과를 저장해 두었다가 동일한 요청이 다시 발생할 경우 저장해 둔 데이터를 제공함으로써 응답 시간을 단축시키고 서버의 부하를 줄이는 역할을 한다.
원 서버(origin server) 직접 접근
이미지 하나 다운받는데에 0.5초씩 다 기다려야함
사용자가 기다리는 시간이 많음
프록시 캐시 도입
도메인에 접근하면 원 서버로 가는것이 아니라 프록시 캐시 서버를 거쳐서 이동
첫 번째 유저는 프록시 서버에서 미국의 원 서버의 응답을 받고 받아 조금 느릴 수 있음
두 번째 유저 부터는 프록시 서버의 캐시된 데이터를 받아와 빠르게 응답받을 수 있음
로컬 웹 브라우저: private캐시
프록시 캐시 서버: public 캐시
캐시 무효화
캐시를 적용안해도 웹 브라우저가 GET요청인 경우 임의로 캐시 하기도 함.
캐시를 정말 해서는 안되는 페이지에서는 캐시 무효화를 해주어야 함.
Cache-Control
Cache-Control: no-cache
- 데이터는 캐시해도 되지만, 항상 원 서버에 검증하고 사용
Cache-Control: no-store
- 데이터에 민감한 정보가 있으므로 저장하면 안됨
Cache-Control: must-revalidate
- 캐시 만료후 최초 조회시 원 서버에 검증해야함
no-cache vs must-revalidate
no-cache
프록시 캐시에서 원 서버에 요청을 해야하는데 네트워크가 단절되었을 때, 프록시 서버에서 이전의 데이터를 보여주는 설정을 하기도함.
그러면 원 서버의 응답이 아니라 프록시 서버의 응답이 되는 것
must-revalidate
위와 같은 상황일 때, 무조건 504 Getway Timeout 이라는 오류 발생
ex) 통장잔고 내역을 보여주어야 하는데 원 서버와 프록시 서버의 네트워크 문제로 프록시 서버에서 옛날 데이터를 보여주면 큰 문제! 그럴때는 must-revalidate 사용해주어야함
📑 참고 자료