[네트워크] 웹 캐시

1. 캐시의 기본 원리 및 적용

 

캐시(cache)는 컴퓨터 과학에서 데이터나 값을 미리 복사해 놓는 임시 장소를 가리킵니다.

 

캐시는 캐시의 접근 시간에 비해 원래 데이터를 접근하는 시간이 오래 걸리는 경우나 값을 다시 계산하는 시간을 절약하고 싶은 경우에 사용합니다. 캐시에 데이터를 미리 복사해 놓으면 계산이나 접근 시간 없이 더 빠른 속도로 데이터에 접근할 수 있습니다. 브라우저에 캐시를 저장할 땐 헤더에 cache-control 속성을 통해 캐시가 유효한 시간을 지정할 수 있습니다. 이 경우 60초로 설정한다면 60초 동안은 해당 캐시가 유효하다는 의미가 됩니다.

 

두 번째 요청에선 캐시를 우선 조회하게 됩니다. 캐시가 존재하고 아직 60초가 지나지 않아 유효한 캐시라면 해당 캐시에서 데이터를 가져옵니다.

세 번째 요청에서 캐시의 유효시간이 초과한다면 다시 서버에 요청을하고 60초간 유효한 logo.jpg 이미지를 응답받습니다. 이때 다시 네트워크 다운로드가 발생하게 됩니다.

 

응답 결과를 브라우저가 렌더링하면 브라우저 캐시는 기존 캐시를 지우고 새 캐시로 데이터를 업데이트합니다. 이 과정에서 캐시 유효 시간이 다시 초기화됩니다.

 

 

 

2. 캐시 검증 헤더와 조건부 요청

 

캐시의 경우 유효시간이 초과하면 다시 요청을 보내 새로운 데이터로 캐시를 업데이트 하였습니다.

만약 캐시 유효시간이 지났지만 서버 데이터의 변경이 없기 때문에 해당 데이터를 써도 되는 상황이라면 이를 검증하고 사용하는 방법은?

 

Last-Modified와 If-Modified-Since

검증 헤더 Last Modified를 이용해 캐시의 수정시간을 알 수 있습니다. Last Modified는 데이터가 마지막으로 수정된 시간정보를 헤더에 포함합니다. 이로 인해 응답 결과를 캐시에 저장할 때 데이터 최종 수정일도 저장됩니다.

 

서버의 해당 자료의 최종 수정일과 비교해서 데이터가 수정이 안되었을 경우 응답 메세지에 이를 담아서 알려줍니다.

이때 HTTP Body는 응답 데이터에 없으며 상태코드는 304 Not Modified로 변경된 것이 없다는 뜻입니다. 그래서 전송 데이터에 바디가 빠졌기 때문에 헤더만 포함된 0.1M만 전송됩니다. 클라이언트에서는 해당 응답을 받은 뒤 캐시를 갱신해주고 다시 일정시간(60초)동안 유효하게 됩니다.

 

단점

1초 미만 단위로 캐쉬 조정이 불가능 하며 날짜 기반의 로직을 사용한다는 점

데이터를 수정해서 날짜가 다르지만 같은 데이터를 수정해서 데이터 결과가 똑같은 경우

서버에서 별도의 캐시 로직을 관리하고 싶은 경우

 

 

ETag와 If-None-Match

좀 더 간단한 방식으로 ETag와 If-None-Match 검증헤더가 있습니다.

서버에서 완전히 캐시를 컨트롤하고 싶은 경우 ETag를 사용할 수 있습니다.

 

ETag와 If-None-Match의 작동방식은 이렇습니다.

서버에서 헤더에 ETag를 작성해 응답합니다. 클라이언트의 캐시에서 해당 ETag 값을 저장합니다.

만약 캐시시간이 초과되서 다시 요청을 해야하는 경우라면 이때 ETag값을 검증하는 If-None-Match를 요청 헤더에 작성해서 보냅니다.

 

서버에서 데이터가 변경되지 않았을 경우 ETag는 동일하기에 그래서 If-None-Match는 거짓이 됩니다. 이 경우 서버에서는 304 Not Modified를 응답하며 이때 역시 HTTP Body는 없습니다. 브라우저 캐시에

서는 응답 결과를 재사용하고 헤더 데이터를 갱신합니다.

 

 

 

3. 프록시 캐시(Proxy Cache)

 

프록시란, 클라이언트와 서버 사이에 대리로 통신을 수행하는 것을 가리켜 ‘프록시(Proxy)’, 그 중계 기능을 하는 서버를 프록시 서버라고 합니다. 클라이언트, 혹은 반대로는 서버가 다른 네트워크에 간접적으로 접속 할 수 있기 때문에, 보안, 캐싱을 통한 성능, 트래픽 분산 등의 장점을 가집니다.

 

한국에 있는 클라이언트에서 특정 데이터가 필요한 상황인데 해당 데이터의 원 서버가 미국에 있다고 가정해보겠습니다. 한국에서 미국까지 직접 접근하여 이미지를 가져오는데 0.5초 가량 걸린다고 하면 한국에 있는 클라이언트는 모두 0.5초 가량을 기다려야 해당 이미지를 받을 수 있습니다. 하지만 우리는 유튜브와 같은 해외 사이트에서 위와 같은 불편한 없이 빠르게 영상을 시청할 수 있습니다. 어떻게 이와 같은 일이 가능할까요? 이것도 매우 긍정적인 상황이고 실제로는 더 많은 시간이 걸릴 수 있다. 그래서 이를 해결하기 위해 프록시 캐시가 도입되었다.

 

클라이언트와 원 서버 사이에 위치한 프록시 캐시 서버를 도입했기 때문입니다.

한국에 프록시 캐시서버를 두고 한국의 클라이언트는 프록시 캐시서버를 통해 자료를 가져오도록 해봅시다. 여러 사람이 찾은 자료일수록 이미 캐시에 등록되어있기에 빠른 속도로 자료를 가져올 수 있습니다. 이는 같은 국내에 있기에 원서버에 접근하는 것보다 훨씬 빠른 속도에 자료를 가져올 수 있기 때문입니다. 이때 클라이언트에서 사용하고 저장하는 캐시를 private 캐시라 하며 프록시 캐시 서버의 캐시를 public 캐시라 합니다.

 

 

 

클라이언트가 캐시를 적용하지 않아도 임의로 브라우저가 캐시를 적용하는 경우, 특정 페이지에서 캐시가 되면 안되는 정보(e.g.통장 잔고)가 있다면 어떻게 이를 무효화할 수 있을까요?

 

 

캐시를 무효화를 확실하게 해야하는 경우 Pragma와 같은 하위호환까지 포함하여 위와같이 적용해야합니다.

 

no-cache와 must-revalidate 모두 원 서버에 검증해야하지만 그에 대한 응답에 대해 다른 점이 있습니다. no-cache의 경우부터 알아봅시다. 캐시 서버 요청을 하면 프록시 캐시 서버에 도착하면 no-cache인 경우 원 서버에 요청을 하게 됩니다. 그리고 원 서버에서 검증 후 304 응답을 하게 됩니다.

 

만약 프록시 캐시 서버와 원 서버간 네트워크 연결이 단절되어 접근이 불가능 하다면, no-cache에서는 응답으로 오류가 아닌 오래된 데이터라도 보여주자라는 개념으로 200OK으로 응답을 합니다.

 

 

하지만 must-revalidate라면 원 서버에 접근이 불가할 때 504 Gateway Timeout 오류를 보냅니다. 통장 잔고 등 중요한 정보가 원 서버를 못 받았다고 해서 예전 데이터로 뜬다면 큰 문제가 생기기때문에 이런 경우 must-revalidate를 써야 합니다.