Web 性能优化-缓存-DNS 缓存

2021-11-26 11:36:57 浏览数 (1)

缓存梗概

缓存技术几乎存在于网络技术发展的各个角落，从数据库到服务器，从服务器到网络，再从网络到客户端，缓存随处可见。跟前端有关的缓存技术主要有：DNS 缓存，HTTP 缓存，浏览器缓存，HTML5 缓存（localhost/manifest）和 service worker 中的 cache api。

DNS 缓存

当用户在浏览器中输入网址的地址后，浏览器要做的第一件事就是解析 DNS：

(1) 浏览器检查缓存中是否有域名对应的 IP，如果有就结束 DNS 解析过程。浏览器中的 DNS 缓存有时间和大小双重限制，时间一般为几分钟到几个小时不等。DNS 缓存时间过长会导致如果 IP 地址发生变化，无法解析到正确的 IP 地址；时间过短会导致浏览器重复解析域名。

(2) 如果浏览器缓存中没有对应的 IP 地址，浏览器会继续查找操作系统缓存中是否有域名对应的 DNS 解析结果。我们可以通过在操作系统中设置 hosts 文件来设置 IP 与域名的关系。

(3) 如果还没有拿到解析结果，操作系统就会把域名发送给本地区的域名服务器（LDNS），LDNS 通常由互联网服务提供商（ISP）提供，比如电信或者联通。这个域名服务器一般在城市某个角落，并且性能较好，当拿到域名后，首先也是从缓存中查找，看是否有匹配的结果。一般来说，大多数的 DNS 解析到这里就结束了，所以 LDNS/ISP DNS 承担了大部分的域名解析工作。如果缓存中有 IP 地址，就直接返回，并且会被标记为非权威服务器应答。

第三步有一点需要注意的是，如果用户在自己电脑里设置了 DNS，比如 Google 的 8.8.8.8 或者 CloudFlare 新出的 1.1.1.1，将不会通过 ISP DNS 服务器解析。

(4) 如果前面三步还没有命中 DNS 缓存，那只能到 Root Server 域名服务器中请求解析了。根域名服务器拿到请求后，首先判断域名是哪个顶级域名下的，比如 .com, .cn, .org 等，全球一共 13 台顶级域名服务器。根域名服务器返回对应的顶级域名服务器（gTLD Server）地址。

(5) 本地域名服务器（LDNS）拿到地址后，向 gTLD Server 发送请求，gTLD 服务器查找并且返回此域名对应的 Name Server 域名服务器地址。这个 Name Server 通常就是用户注册的域名服务器，例如用户在某个域名服务提供商申请的域名，那么这个域名解析任务就由这个域名提供商的服务器来完成。

这个过程的解析方式为递归搜索。比如：https://movie.lz5z.com，本地域名服务器首先向顶级域名服务器（com 域）发送请求，com 域名服务器将域名中的二级域 lz5z 的 IP 地址返回给 LDNS，LDNS 再向二级域名服务器发送请求进行查询，之后不断重复直到 LDNS 得到最终的查询结果。

(6) Name Server 域名服务器会查询存储的域名和 IP 的映射关系表，在正常情况下都根据域名得到目标 IP 地址，连同一个 TTL 值返回给 LDNS。LDNS 会缓存这个域名和 IP 的对应关系，缓存时间由 TTL 值控制。LDNS 会把解析结果返回给用户，DNS 解析结束。

清除 DNS 缓存

(1) chrome: chrome://net-internals/#dns (2) 本地 DNS ：Windows: ipconfig /flushdns; Linux 和 mac 根据不同的版本有不同的方式

减少 DNS 解析我们能做什么？

(1) 减少 DNS 查询，避免重定向。 (2) DNS 预解析：

  • 可以通过 meta 信息告诉浏览器，页面需要做 DNS 预解析。
代码语言：javascript复制
<meta http-equiv="x-dns-prefetch-control" content="on" />
  • 通过 link 标签强制 DNS 预解析
代码语言：javascript复制
<link rel="dns-prefetch" href="https://lz5z.com" />

(3) 域名发散/域名收敛

  • 域名发散

PC 端因为浏览器有域名并发请求限制（chrome 为 6 个），也就是同一时间，浏览器最多向同一个域名发送 6 个请求，因此 PC 端使用域名发散策略，将 http 静态资源放入多个域名/子域名中，以保证资源更快加载。常见的办法为使用 cdn。

  • 域名收敛

将静态资源放在同一个域名下，减少 DNS 解析的开销。域名收敛是移动互联网时代的产物，在 LDNS 没有缓存的情况下，DNS 解析占据一个请求的大多数时间，因此，采用尽可能少的域名对整个页面加载速度有显著的提高。

(4) HttpDNS

DNS 请求使用的是 UDP 协议，虽然没有 TCP 三次握手的开销，但是可能导致弱网环境下（2G，3G）数据丢失的问题。还记得之前Web 性能优化-页面重绘和回流（重排）中提到的 Google 1s 终端首屏渲染标准，假如 DNS 解析出现问题，那可能几秒甚至几十秒都首屏不了了。而且国内牛 X 的运营商的品质你也是知道的，随便劫持一下 DNS 就让你的 web 应用不见天日。

为了应对以上两个问题，HttpDNS 应运而生，原理也非常简单，将 DNS 这种容易被劫持的协议，转而使用 HTTP 协议请求 Domain 与 IP 地址之间的映射。获得正确的 IP 地址后，就不用担心 ISP 篡改数据了。

国内腾讯云和阿里云都有相应的解决方案

  • 移动解析HttpDNS
  • HTTPDNS

Google 的方案则更近一步，使用 https 协议。

  • DNS-over-HTTPS

参考资料

  • DNS域名解析过程
  • 无线性能优化：域名收敛
  • 提升页面访问速度的前端优化大法：DNS预解析
  • 也谈 HTTPS - HTTPDNS HTTPS
缓存 tcp/ip http 移动解析HTTPDNS https

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