DNS 与 HTTP 缓存实现方式（强制缓存与协商缓存）

Web 性能优化里”快”这件事，80% 的收益来自缓存。DNS 缓存解决”域名到 IP”的重复查询，HTTP 缓存解决”URL 到资源内容”的重复拉取。两者都有强制缓存和协商缓存两种思路：前者靠”算时间”跳过重复工作，后者靠”问一句”省下重复拉取的带宽。理解这两层缓存的实现方式，是定位”页面慢、版本不更新、CDN 命中率低”等问题的基础。

一、DNS 缓存的 8 种实现方式

DNS 查询从浏览器到根服务器之间存在多级缓存，命中任意一级都能节省一次网络往返。下面是工程里实际生效的 8 种实现方式，按从客户端到递归解析器再到权威的顺序展开。

浏览器 DNS 缓存：Chrome、Firefox、Edge 等浏览器内部维护，TTL 由浏览器策略决定（Firefox 默认 60 秒），可在 chrome://net-internals/#dns 查看；命中即返回 IP，毫秒级。
操作系统 DNS 缓存：Windows 由 DNS Client 服务维护，macOS 由 mDNSResponder 维护，Linux 由 systemd-resolved 或 nscd 维护，所有应用共享，跨进程复用，TTL 取权威服务器下发的值。
hosts 文件静态映射：/etc/hosts 或 C:\Windows\System32\drivers\etc\hosts，没有 TTL 概念，文件里写什么就一直生效；常用于本地开发、内网域名、临时屏蔽广告。
路由器 DNS 缓存：家用与企业路由器对局域网内所有设备的查询结果做缓存，重启即清空；多设备共享，命中率最高。
本机/局域网自建递归解析器：企业内网部署 unbound、dnsmasq 等本地递归解析器，可自定义转发策略、过滤广告域名、统一记录查询日志。
公共递归解析器缓存：Google 8.8.8.8、Cloudflare 1.1.1.1、Quad9 9.9.9.9 等公共 DNS 服务，覆盖全球数亿终端，命中率极高；支持 DoH/DoT 加密查询。
ISP 运营商递归解析器缓存：运营商自建解析器对本网用户查询结果做缓存，是大多数家庭网络真正命中的那一层；改动 DNS 记录时”全球生效慢”多由它造成。
权威 DNS 服务器自身缓存：一些权威服务商（如 Cloudflare DNS、Route 53）会在边缘节点对热记录做缓存，进一步降低对源站的查询压力。

1.1 DNS 缓存命中顺序示例

浏览器输入 www.example.com
   ↓ ① 浏览器 DNS 缓存（命中即返回）
   ↓ ② 操作系统 DNS 缓存
   ↓ ③ hosts 文件
   ↓ ④ 路由器 DNS 缓存
   ↓ ⑤ 本地/ISP/公共递归解析器
   ↓ ⑥ 根 → TLD → 权威解析器（只有全部 miss 才走完）

冷查询通常 20-120 ms；命中任一层缓存都压到 10 ms 以内，浏览器自身命中可压到 1 ms 内。一张含 30 个第三方域名的页面，DNS 耗时差距常常是 200 ms 级别。

1.2 TTL 与生效延迟

DNS 记录本身带 TTL，TTL 越大缓存复用率越高，但解析记录变更后”全球生效”时间也越长。迁移前临时把 TTL 调到 300 秒是常规做法，迁移结束后再调回 86400 秒这类长值。

二、HTTP 缓存的两种核心策略

HTTP 缓存分两层：先看强制缓存是否生效，没命中再走协商缓存。两者是递进而非并列关系。

2.1 强制缓存：本地判断，不发请求

强制缓存的核心是”浏览器自己决定资源是否过期”，完全不与服务器通信。判断依据是两个响应头：

Cache-Control（HTTP/1.1，主流）：max-age=N 表示从响应返回时刻起 N 秒内有效，相对时间，不受客户端本地时钟影响；
Expires（HTTP/1.0，已基本被取代）：Wed, 28 May 2026 10:00:00 GMT 形式，写绝对时间，受客户端时差影响。

两者并存时 Cache-Control 优先级更高。命中后浏览器状态栏显示 200 (from disk cache) 或 200 (from memory cache)。

Cache-Control 还提供 no-cache（跳过强制缓存，强制走协商）、no-store（完全禁用缓存）、public（允许 CDN 等中间节点缓存）、private（仅浏览器可缓存）、immutable（声明期内不变化，避免刷新重新校验）等指令，用于精细控制策略。

2.2 协商缓存：服务器验证，节省带宽

强制缓存过期后浏览器不是直接拉新资源，而是把缓存标识发给服务器，由服务器判断是否还能用旧副本。服务器返回两种结果：

304 Not Modified：资源没变，浏览器继续用本地副本，响应体通常只有几百字节；
200 OK + 新资源：资源已更新，浏览器更新本地缓存。

协商缓存有两条独立路径，可单独使用也可同时配置：

Last-Modified / If-Modified-Since：服务器返回资源的最后修改时间，浏览器下次请求带上；服务器对比时间判断是否更新。精度只到秒，文件保存但未改内容时会误判。
ETag / If-None-Match：服务器根据资源内容算一个唯一哈希（强 ETag 用 ETag: "abc"，弱 ETag 用 ETag: W/"abc"），浏览器下次带上对比；精度高，能识别秒级内修改。

两者并存时 ETag 优先级更高，因为 ETag 是按内容计算的，Last-Modified 是按文件元信息计算的；前者更贴合”内容是否真的变了”这个核心问题。

2.3 强制 vs 协商：一张表看完

维度	强制缓存	协商缓存
是否发请求	否	是（仅头部）
状态码	200 (from cache)	304 Not Modified / 200 OK
控制字段	Cache-Control、Expires	ETag/If-None-Match、Last-Modified/If-Modified-Since
适用协议	HTTP/1.0、HTTP/1.1	HTTP/1.0、HTTP/1.1
精度	时间粒度（秒级）	ETag 可字节级
典型场景	静态资源（图片、CSS、JS）	频繁更新或需精确验证的内容
失效后行为	进入协商缓存	服务器返回 200 + 新资源

三、一次完整 HTTP 缓存决策流程

浏览器处理一个 URL 时按下面顺序判断，命中任一分支即停止：

缓存里有吗？没有则直接发请求拿资源；
有 → 看 Cache-Control（或 Expires）是否过期，没过期直接用本地副本；
过期 → 看是否有 ETag 或 Last-Modified，有则带 If-None-Match / If-Modified-Since 问服务器；
服务器返回 304 → 继续用本地副本；返回 200 → 用新资源并更新缓存。

GET /app.css HTTP/1.1
Host: example.com
If-None-Match: "33a64df551425fcc55e4d42a148795d9f25f89d4"
If-Modified-Since: Wed, 27 May 2026 10:00:00 GMT

HTTP/1.1 304 Not Modified
ETag: "33a64df551425fcc55e4d42a148795d9f25f89d4"
Cache-Control: max-age=3600

304 响应只回响应头、不回响应体，这是它能省带宽的关键。注意 Ctrl+F5 这种”强制刷新”会绕过强制缓存和协商缓存，请求头里不带任何缓存标识，等同于把缓存层整层掀掉。

四、典型场景的缓存策略

把强制与协商两层组合用好，是缓存设计的核心。下面是经过大量线上项目验证的三种典型组合：

带哈希文件名的静态资源（如 app.a5d7f8e3.js）：HTML 不强制缓存，每次走协商；JS/CSS/图片用 Cache-Control: max-age=31536000, immutable 强制缓存一年，更新靠改文件名触发。
接口数据：用 Cache-Control: no-cache 跳过强制缓存，由 ETag/Last-Modified 走协商，命中后只回 304 不回响应体；适合字典、配置这类低频变更数据。
敏感信息：用 Cache-Control: no-store 完全禁用缓存，每次都从服务器拉；常见于支付、登录态、个人隐私类响应。

# Nginx 静态资源缓存策略示例
location /static/ {
    expires 1y;
    add_header Cache-Control "public, immutable";
}
location /api/ {
    add_header Cache-Control "no-cache";
    etag on;
    if_modified_since exact;
}

五、落地时的易错点

缓存策略看着简单，但生产环境里翻车的姿势很多：

只配 Cache-Control 不配 ETag：强制缓存过期后无法走协商，每次都要重新下载整资源；
HTML 配了长 max-age：版本更新后用户长时间看不到新页面；
CDN 上 Vary 配置缺失：移动端/桌面端响应错乱，命中率被人为降低；
DNS 缓存未刷新：迁移后部分用户访问老 IP 长达 TTL 周期，提前调低 TTL 能显著缩短”全球生效”时间；
304 响应被错误缓存：某些代理会把 304 响应缓存为 200 资源，导致资源看起来”不变”。

常见问题（FAQ）

Q1：DNS 缓存多久清一次合适？

浏览器缓存由浏览器策略决定，操作系统与递归解析器按权威返回的 TTL 走。生产环境变更 DNS 记录前，先把 TTL 调小到 300 秒再改，可避免长时间”全球不生效”。

Q2：强制缓存和协商缓存哪个先判断？

强制缓存先判断。命中直接用本地副本，状态码 200 (from cache)；未命中或被声明为 no-cache 才进入协商阶段，由服务器返回 304 或 200。

Q3：ETag 会不会泄露文件内容？

强 ETag 通常是内容哈希，但默认不暴露内容明文；如需更严格控制，可改为版本号或时间戳作为标识，或改用弱 ETag（W/ 前缀）容忍微小差异。