들어가며
개발자가 되기 위해서는 정말 다양한 지식을 알아야 합니다. 그중에서도, 네트워크는 필수적으로 알아야 하는 분야라고 생각했지만, 막상 네트워크를 제대로 공부한 적은 드물었습니다. 이번 기회에 네트워크에 대해 조금씩이라도 공부하면서 개발자로서의 기본을 쌓기 위해 노력하고 싶습니다. 이 글은 인프런 - 모든 개발자를 위한 HTTP 웹 기본 지식(김영한) 강의를 보고 공부한 내용입니다. 자세한 내용은 강의를 참고해주세요.
캐시
캐시가 없다면, 데이터가 변경되지 않아도 계속 네트워크를 통해서 데이터를 다운로드하여야 합니다. 하지만 인터넷 네트워크는 매우 느리고 비싸며, 브라우저 로딩 속도 또한 느립니다. 이 상황에서 서버에서 받아야 할 리소스가 많아진다면, 서버와 브라우저 사이에서 라운드 트립이 많아질 것이며, 중요 리소스를 다운로드될 때까지 페이지가 로딩되지 않을 것입니다. 결국 캐시가 없다면 느린 사용자 경험을 제공할 수 있습니다.
이때 캐시를 적절하게 사용하면 캐시 가능 시간 동안 네트워크를 사용하지 않아도 되기에 불필요한 네트워크 요청을 줄일 수 있습니다. 또한 브라우저 로딩 속도가 매우 빠르기 때문에 빠른 사용자 경험을 제공할 수 있습니다.
캐시의 기본 동작 원리는, 서버에서 클라이언트에게 응답 헤더 값으로 cache-control에 max-age를 60으로 추면, 60초 동안 응답 값을 캐시 해서 사용할 수 있다는 뜻입니다. 이때 웹 브라우저에서 캐시로 저장된 시간인 60초가 지나면, 캐시가 유효하지 않다고 판단하여 다시 서버에게 요청을 보냅니다. 그럼 서버에서는 다시 응답 값으로 max-age를 60으로 넘겨줄 것입니다. 즉 캐시 유효 시간이 초과하면, 서버를 통해 데이터를 다시 조회하고 캐시를 갱신합니다. 이때 다시 네트워크 다운로드가 발생하게 됩니다.
만약 캐시 유효 시간이 초과해서 서버에 다시 요청하는 경우는 두 가지, 서버에서 기존 데이터를 변경하는 경우와 변경하지 않는 경우로 나뉠 것입니다. 만약 캐시 만료 후에도 서버에서 데이터를 변경하지 않는다면, 데이터를 전송하는 대신 저장해 두었던 캐시를 재사용할 수 있습니다. 단 클라이언트의 데이터와 서버의 데이터가 같다는 사실을 확인할 수 있는 방법이 필요합니다. 이때 Last-Modified라는 검증 헤더를 추가합니다. 데이터가 마지막에 수정된 시간을 기록합니다.
그럼 브라우저에서는 캐시 유효 시간이 초과했을 때, 다시 서버에 요청을 보내야 합니다. 이때 캐시를 살펴보니 Last-Modified가 있으면 웹 브라우저가 서버에 요청을 보낼 때 if-modified-since라는 HTTP 요청 헤더를 붙입니다.
만약 if-modified-since에서 전달된 날짜와 데이터의 최종 수정일이 변경되지 않았다면 서버가 데이터의 수정이 안됐다는 것을 파악할 수 있습니다.
그럼 서버에서는 데이터의 수정이 안됐으므로, 응답에 대한 상태 코드로 304를 보냅니다. 여기서 중요하게 살펴봐야 할 것은, 응답에 대한 Http body값이 존재하지 않는다는 것입니다. 만약 데이터의 크기가 헤더가 0.1M이고, 바디가 1.0M라면, 바디를 전달하지 않아서 네트워크 부하를 확 줄입니다. 즉 Last-Modified 헤더를 통해 효율적으로 데이터를 전달할 수 있습니다.
Last-Modified, If-Modified-Since 단점
하지만 Last-Modified, If-Modified-Since를 사용했을 때 단점도 존재합니다. 1초 미만 단위로 캐시 조정이 불가능하다는 점과, 데이터를 수정해서 날짜가 다르지만, 같은 데이터를 수정해서 데이터 결과가 같을 경우를 검증할 수 없습니다. 예를 들어 A라는 데이터를 B로 변경하고, 다시 A로 변경했을 때 변경은 했지만, 데이터의 결과는 같습니다. 이런 경우에도 Last-Modified, If-Modified-Since를 사용하면 전체 데이터를 다시 다운로드합니다. 이런 경우를 컨트롤하기 위해 사용할 수 있는 것이 바로 ETag입니다.
ETag, If-None-Match
ETag(Entity Tag)는 캐시용 데이터에 임의의 고유한 버전 이름을 달아두는 것입니다. 예를 들어 ETag: "aaaaa"라고 달아두고, 데이터가 변경되면 이 이름을 바꿔서 변경(Hash 재생성)합니다. 예를 들어 ETag: 'aaaaa'에서 ETag: 'bbbbb'로 변경합니다. 만약 ETag가 같으면 캐시를 유지하고, 다르면 다시 받는 것입니다.
예를 들어 서버에서 응답을 보낼 때, ETag로 "aaaaaaaa"를 전달합니다.
캐시가 만료된다면, 캐시가 갖고 있는 ETag를 서버에 전달합니다. 만약 ETag가 같다면, 데이터를 수정하지 않은 것이니 304 응답을 보낼 것이고, ETag가 다르다면, 새로운 응답을 전달할 것입니다.
캐시 제어 헤더
지금까지 브라우저 캐시를 어떻게 활용할 수 있는지 알아봤습니다. 그럼 서버가 클라이언트에게 데이터를 전달할 때, 활용할 수 있는 캐시 제어 헤더를 알아보겠습니다.
Cache-Control
먼저 캐시 지시어인 Cache-Control에는 크게 3가지 종류가 있습니다. Cache-Control: max-age의 경우, 캐시 유효 시간, 초 단위를 기록합니다. Cache-Control: no-cache는 데이터는 캐시 해도 되지만, 항상 원(origin) 서버에 검증하고 사용합니다. 마지막으로 Cache-Control: no-store는 데이터에 민감한 정보가 있으므로 저장하면 안 된다는 뜻입니다.
Expires
Expires는 캐시 만료일을 정확한 날짜로 지정합니다. 하지만 Cache-Control: max-age를 사용하는 것이 조금 더 유연한 방법이며, 만약 Cache-Control: max-age와 함께 사용하면 Expires는 무시합니다.
검증 헤더와 조건부 요청 헤더
위에서 Last-Modified와 ETag 등에 대해 살펴봤는데, 이와 관련된 헤더를 정리해보겠습니다. 먼저 검증 헤더와 조건부 요청 헤더로 나뉩니다.
검증 헤더 (Validator)
검증 헤더는 ETag와 Last-Modified로 나뉘며, ETag는 해시값, Last-Modified는 날짜 데이터가 입력됩니다.
조건부 요청 헤더
조건부 요청 헤더는 If-Match, If-None-Match를 사용하면 ETag 값을 사용하는 것이며, If-Modified-Since, If-Unmodified-Since를 사용하면 Last-Modified 값을 사용하는 것입니다.
프록시 캐시
지금까지 브라우저 캐시에 대해 살펴봤다면, 캐시를 조금 더 잘 활용할 수 있는 방법인 프록시 캐시 서버를 알아보겠습니다.
만약 유튜브를 예시로 들어보면, 유튜브를 운영하는 원 서버는 미국에 있겠지만, 한국에서 빠르게 유튜브 영상을 볼 수 있도록 프록시 캐시 서버를 둡니다. 한국에서 많이 시청하는 영상을 프록시 캐시 서버에 저장함으로써 한국의 유튜브 사용자에게 빠르게 영상을 볼 수 있게 돕습니다. 프록시 캐시를 활용할 때도 Cache-Control을 상세하게 조정할 수 있습니다.
Cache-Control
프록시 캐시 서버를 활용할 때, 추가적으로 활용할 수 있는 캐시 지시어가 4가지 있습니다. 이를 함께 살펴보겠습니다.
Cache-Control: public
응답이 public 캐시에 저장되어도 됩니다. 여기서 public 캐시라는 것은 프록시 캐시 서버에 저장한다는 뜻입니다.
Cache-Control: private
응답이 해당 사용자만을 위한 것이라는 뜻입니다. 즉 사용자의 웹 브라우저에 저장되어야 한다는 뜻입니다.
Cache-Control: s-maxage
프록시 캐시에만 적용되는 max-age입니다.
Age: 60(HTTP 헤더)
오리진 서버에서 응답 후 프록시 캐시 내에 머문 시간을 뜻합니다.
캐시 무효화
만약 계좌 정보를 캐시 한다고 했을 때, 출금을 했는데도 캐시 시간이 지나지 않아서 데이터가 그대로라면, 큰일이 날 수 있습니다. 이때 만약 캐시를 사용하고 있다면, 캐시를 무효화하는 방법을 구상해야 합니다. 이때 사용할 수 있는 내용을 함께 살펴보겠습니다.
Cache-Control
확실한 캐시 무효화를 위해 활용할 수 있는 캐시 지시어는 아래와 같습니다.
Cache-Control: no-cache
데이터는 캐시 해도 되지만, 항상 원 서버에 검증하고 사용해야 합니다.
Cache-Control: no-store
데이터에 민감한 정보가 있으므로 저장하면 안 된다는 뜻입니다.
Cache-Control: must-revalidate
캐시 만료 후 최초 조회 시 원 서버에 검증해야 합니다. 원 서버에 접근 실패 시, 반드시 오류(504 Gateway Timeout)가 발생해야 합니다. must-revalidate는 캐시 유효 시간이라면 캐시를 사용해야 합니다.
Pramga: no-cache
HTTP 1.0 하위 호환입니다.
이때 no-cache와 must-revalidate가 모호합니다. 둘 다 원 서버에 검증해서 사용해야 하는 것인데, 그럼 어떻게 동작하는 방식이 다를까요? 이에 대해 알아보겠습니다.
먼저 no-cache의 경우, 만약 프록시 캐시를 사용하는 과정에서, 원 서버에 장애가 나면, 네트워크 상에 장애가 나타날 수 있습니다. 이때 원 서버에 접근할 수 없는 경우 캐시 서버 설정에 따라 캐시 데이터를 반환할 수 있습니다.
하지만 must-revalidate를 활용하면, 원서버에 장애가 날 경우 항상 오류를 발생시켜야 합니다. 이 점에 있어서, 사용하는 방식이 차이가 있습니다.
마치며
네트워크에 대해 조금씩이라도 지식을 쌓아가고 싶습니다. 기본을 꾸준히 쌓을 수 있는 개발자가 되겠습니다.
출처
[HTTP] HTTP Cache - 프로세스와 기본 헤더
안녕하세요. 오늘 여러분들에게 소개해드릴 내용는 HTTP의 Cache 프로세스와 관련된 기본 헤더들입니다. 웹사이트를 통해 이미지 , js, html 파일 등의 데이터를 가지고 올 때 해당 데이터의 크기만
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