(HTTP - 7) HTTP 캐시

HTTP 캐시, 캐시 검증 방법에 대해서

게시 2024/02/19

10 분읽는 시간

캐시(Cache) 소개

캐싱은 주어진 리소스의 복사본을 저장하고 있다가 요청 시에 그것을 제공하는 기술이다. 웹 캐시가 자신의 저장소 내에 요청된 리소스를 가지고 있다면, 요청을 가로채 원래의 서버로부터 리소스를 다시 다운로드하는 대신 리소스의 복사본을 반환한다. 이것은 다음과 같은 몇 가지 목표를 달성하게 해줍니다: 모든 클라이언트를 서비스할 필요가 없어지므로 서버의 부하를 완화하고, (캐시가 원래 서버에 비해서) 클라이언트에 더 가까이에 있으므로 성능이 향상된다. 즉, 리소스를 회신하는데 더 적은 시간이 들게 되는것이다. 웹 사이트에서 캐싱은 높은 성능을 달성하는 데에 주요한 요소이다. 반면에 모든 리소스가 영원히 변하지 않는 것은 아니므로 리소스가 변하기 전까지만 캐싱하고 변한 이후에는 더이상 캐싱하지 않는 것이 중요하다.

캐시를 사용하지 않을 때는 다음과 같은 문제들이 있다.

데이터가 변경되지 않아도 계속 네트워크를 통해서 데이터를 다운로드 받아야 한다
- 인터넷 네트워크는 비싸다
- 브라우저 로딩 속도가 느려진다
- 느린 사용자 경험

캐시를 적용하면, 응답 결과를 캐시에 저장해서 캐시의 유효기간 동안 해당 복사본을 사용할 수 있다. 그러나 만약 캐시의 유효 기간이 지나는 경우(캐시 시간 초과)에는 어떻게 될까?

캐시 시간 초과

cache-contol: max-age=60을 통해서 캐시에 유효 시간 60초를 부여할 수 있다
캐시 시간 초과로 인해 캐시가 유효하지 않은 겨우 → 다음 요청에서 응답 결과를 다시 캐시에 저장(캐시 갱신)

단순히 캐시 시간 초과할 때 마다 다시 다운로드하는 것은 효율적이지 않을 수 있다!

캐시 검증 헤더(Last-Modified, If-Modified-Since)

검증 헤더와 조건부 요청에 대해 알아보자.

캐시 유효 시간이 초과해서 서버에 다시 요청하면 다음의 두 가지 상황이 나타난다.

서버에서 기존 데이터를 변경했음
- 이 경우에는 캐시를 갱신하는 것이 맞음
서버에서 기존 데이터를 변경하지 않았음
- 이 경우 캐시 갱신을 위한 다운로드는 비효율적임(굳이 다운로드 할 필요가 없는 상황)

서버에서 기존 데이터를 변경하지 않았을 경우 캐시 갱신을 위해 다시 다운로드하는 비효율적 문제를 해결할 방법이 필요하다.

잘 생각해보면 기존에 저장해 두었던 캐시를 재사용하는 방도가 있음
그러나 클라이언트의 데이터 = 서버의 데이터를 확인할 방법이 필요함

이를 위해 사용할 수 있는 것이 검증 헤더(validation header)를 추가하는 것이다. 검증 헤더를 추가해서 사용하는 과정을 다음 예시를 통해 살펴보자.

첫 번째 요청

첫 번째 요청 : GET /star.jpg
- 응답에서 cache-contol: max-age=60을 통해서 캐시 유효 시간 부여
- Last-Modified: 2020년 10월 10일 10:00:00을 통해서 데이터가 마지막에 수정된 시간을 캐시에 부여

60초가 지나면 캐시 시간이 초과되서 기존의 캐시는 유효하지 않게 됨
두 번째 요청 : GET /star.jpg, if-modified-since: 2020년 11월 10일 10:00:00
- 첫 번째 요청에서 받은 응답의 Last-Modified을 통해서 if-modified-since라는 캐시가 가지고 있는 데이터 최종 수정일을 두 번째 요청에서 서버로 넘긴다
이때 if-modified-since이라는 최종 수정일과 서버의 star.jpg의 최종 수정일이 동일하면 304 Not Modified를 본문(body) 없이 응답으로 전송한다 (캐시로 리다이렉트)
브라우저는 그러면 헤더 데이터를 갱신하고, 기존 캐시를 재사용

만약 최종 수정일이 서버의 데이터 최종 수정일 이전이면, 응답으로 200 OK를 주고 변경된 데이터를 전부 응답으로 보내준다.

정리하면 다음과 같다.

캐시 유효 시간이 초과해도, 서버의 데이터가 갱신되지 않았다면 → 304 Not Modified + 본문(body) 없이 응답
클라이언트는 서버가 보낸 응답 헤더 정보로 캐시의 메타 정보를 갱신
클라이언트는 캐시에 저장되어 있는 데이터 재활용
결과적으로 네트워크 다운로드는 용량이 적은 헤더 정보만 다운로드하기 때문에 네트워크 부하 감소

Cache Validation(ETag)

이전에 알아보았던 Last-Modfied, If-Modified-Since방식의 단점은 다음과 같다.

1초 미만 단위로 캐시 조정이 불가능하다
날짜 기반의 로직을 사용한다
데이터를 수정해서 날짜가 다르지만, 같은 데이터를 수정해서 데이터 결과가 똑같은 경우를 판단하지 못한다

이 떄 ETag(entity-tag)를 사용하면

서버에서 별도의 캐시 로직을 사용할 수 있다
- 예) 스페이스나 주석의 변경처럼, 크게 의미가 없는 변경에서 캐시를 유지하고 싶은 경우

ETag 사용은 간단하다. 그냥 ETag가 같으면 304, 다르면 200을 응답으로 주면 된다.

ETag의 장점은 다음과 같다.

사용법이 단순하다
- ETag를 서버에 보내서 같으면 유지, 다르면 다시 받기
캐시 제어 로직을 서버에서 완전히 관리할 수 있다
클라이언트는 단순히 ETag값을 서버에 제공한다(클라이언트는 캐시 매커니즘을 알 수 없다)
더 자세히 알아보기 : https://developer.mozilla.org/en-US/docs/Web/HTTP/Caching#etagif-none-match

Cache-Control

Cache-Control: max-age
- 캐시 유효 시간(초 단위)
Cache-Control: no-cache
- 데이터는 캐시해도 되지만, 항상 오리진(origin) 서버에 검증하고 사용
Cache-Control: no-store
- 데이터에 민감한 정보가 있기 때문에 저장하면 안됨
- 메모리에서 사용하고 최대한 빨리 삭제

확실한 캐시의 무효화를 위해서는 다음과 같이 사용해야 한다.

Cache-Control: no-cache, no-store, must-revalidate
Pragme: no-cache
- HTTP 1.0 하위 호환

Cache-Control: must-revalidate
- 캐시 만료후 최초 조회시 오리진 서버에 검증해야 한다
- 오리진 서버 접근 실패시 반드시 오류가 발생해야 한다 - 504(Gateway Timeout)
- 캐시 유효 시간이라면 캐시를 사용함

Reference

인프런 - 모든 개발자를 위한 HTTP 웹 기본 지식
널널한 개발자 - 네트워크 기초
HTTP 완벽 가이드
네트워크 하향식 접근(Computer Networking a Top-Down Approach)

1. 컴퓨터 공학(CS), HTTP