前端性能优化 ｜ CDN缓存

前言

CDN（Content Delivery Network）是一种分布式的网络架构，通过在全球各地部署节点服务器来快速传输和分发网络内容。CDN的主要目标是提供快速、可靠的内容传输，以提升用户体验。

本文主要从以下方面讲解CDN

  • 什么是CDN
  • CDN的作用
  • CDN的原理
  • CDN的使用场景

一、什么是 CDN

1. CDN 的概念

CDN是内容分发网络（Content Delivery Network）的缩写，是一种通过在全球各地分布的服务器上存储和传输网络资源（如 HTML 页面、图片、视频、应用程序等）的技术架构。

image.png

2. CDN 系统的构成

  1. 原始服务器（Origin Server）：也称为源服务器，是存储网站内容（如HTML、CSS、JavaScript、图片、视频等）的主要服务器。

  2. 节点服务器（Edge Servers）：也称为边缘服务器或CDN节点，分布在全球各个地理位置。

  3. 节点选择器/调度器（Node Selector/Load Balancer）：是CDN系统的核心组件之一，用于选择与用户最接近的节点服务器。

  4. 缓存（Cache）：CDN节点服务器上的缓存用于存储网站内容的副本。当用户请求访问网站的内容时，CDN节点会先检查自己的缓存中是否存在所需内容的副本。

  5. 内容传输网络（Content Delivery Network）：CDN网络是由一系列节点服务器组成的分布式网络，这些节点服务器相互连接，以实现内容的快速传输和访问。

  6. 内容管理系统（Content Management System）：部分CDN系统还提供内容管理系统，用于帮助网站管理员管理和控制网站内容的分发、缓存和更新等操作。

这些组件共同协作，构成了一个完整的CDN系统，以提供快速、高效和可靠的内容分发服务。

二、CDN 的作用

CDN一般会用来托管Web资源 (包括文本、图片和脚本等)，可供下载的资源(媒体文件、软件、文档等)，应用程序 (门户网站） 等 。

  • 加速网站访问：通过将网站的动态内容缓存在离用户最近的节点服务器上，实现就近访问，减少内容传输的距离和网络延迟。大幅提高网站的访问速度，加快加载，提升用户体验。

  • 节约网络带宽：将网站的静态资源缓存在多个节点服务器上，当用户访网站时，大部分的资源可以从离用户较近的节点服务器上获取，少了对原始服务器的访问。减轻了源服务器的负载压力，节约了网络带宽的使用，提高了整体的网络效率。

  • 提高网站的可用性和稳定性：通过分布在全球各地的节点服务器，在原始服务器发生故障或服务不可用时，可以自动切换到其他可用的节点服务器，确保网站内容的可持续提供。这种容灾备份机制可以提高网站的可用性和稳定性，减少中断的风险。

  • 抵御网络攻击：由于CDN节点分布广泛，网络流量可以在多个节点服务器上进行均衡分散，有效减轻了源服务器的负载和DDoS攻击带来的影响。CDN还可以使用如防火墙、入侵检测系统等一些安全机制和防御措施，保护网站免受恶意攻击。

  • 提供高质量的视频内容传输：通过将视频内容缓存在离用户最近的节点服务器上，CDN可以提供更快速、稳定的视频播放体验，避免视频卡顿、加载缓慢等问题。

综上所述，CDN的作用是提供快速、可靠的内容分发服务，加速网站访问、节省网络带宽、提高可用性和稳定性，抵御网络攻击，提供高质量的视频内容传输，从而改善用户体验，提升网站的性能和效果。

三、CDN 的原理

image.png

以用户访问浏览器某网址（www.example.com） 时为例，CDN的加速流程通常包括以下几个步骤：

  1. 域名解析：当用户在浏览器中输入网址并按下回车键后，浏览器会向本地DNS服务器发送域名解析，本地DNS服务器会返回CDN的负载均衡器的地址。

  2. 负载均衡：浏览器根据负载均衡器的IP地址，向CDN负载均衡器发送请求。载均衡器的作用是选择一个最合适的CDN节点服务器来响应用户的请求。

  3. 缓存判断：CDN节点服务器收到用户的请求后，会先判断请求资源是否缓存在其本地服务器上。如果有，则直接返回缓的资源，这样可以大大提高响应速度和节省带宽消耗。如果没有缓存的资源，则进入下一步。

  4. 源服务器回源：当节点服务器没有缓存所需的资源时，会向源服务器发送请求，获取资源的原始本。源服务器可以是网站的服务器、视频流媒体的视频源服务器等，根据不同的业务需求而定。

  5. 传输加速：源服务器将请求资源发送给节点服务器后，节点服务器会将资源按照缓存策略进行存储，并将资源回传给用户的浏览器。由于CDN节点服务器通常位于离用户更近的一方，因此传输时间较短，用户可以更快地获取请求的资源。

  6. 动态内容回源：对于一些动态生成的内容或需要实时更新的资源（如用户个人信息、实时天气数据等），CDN节点服务器需要及时回源更新这些内容，以保证数据的实时性和准确性。

总的来说，CDN加速流程包括域名解析、负载均衡、缓存判断、源服务器回源、传输加速和动态内容回源等步骤。通过减少访问迟、节省带宽消耗和提供更好的用户体验，CDN可以提供快速、稳定和可靠的内容分发服务。

四、CDN 的使用场景

前端使用CDN可以使网站或应用的静态资源（如样式表、JavaScript文件、字体、图像等）从离用户更近的节点服务器加载，从而提高网页加载速度和用户体验。以下是前端使用CDN的几个常见实例：

1. 加载公共库和框架

许多前端开发者使用公共库和框架来加速开发和提供更好的用户体。常见的如jQuery、React、Vue.js等。通过使用CDN加载这些公库，可以将它们缓存在CDN的节点服务器上，提供更快速的加载和传输，无需在本地部署维护这些库的副本。

例如，使用CDN jQuery库：

<script src="https://cdn.jsdelivr/npm/jquery@3.60/dist/jquery.min.js"></script>

2. 加载图标字体

图标字通常用于网站的图标展示，如Font Awesome、Bootstrap等使用CDN加载这些图标字体，可以减少字体的加载时间和带宽消耗。例如，使用CDN加载Font图标字体：

<link rel="stylesheet" href="https://cdn.jsdelivr.net/npm/font-awesome5.15.4/css/all.min.css" />

3. 加载样式

使用CDN加载常用的样式表文件，如Normalize.css、Bootstrap等，可以降低式表文件的加载时间和提高页的兼容性。例如，使用CDN加载Normalize样式表：

<link rel="stylesheet" href="https://cdn.jsdelivr.net/npm/normalize@8.0.1/normalize.min.css" />

4. 加载JavaScript库和件

如果网站或应用使用了一些常见的JavaScript库和插件，如Moment.js、Swiper等，可以使用CDN加载它们，避免自行下载和部署这些文件。例如使用CDN加载Moment.js：

<script src="://cdn.jsdelivr.net/npm/moment@2.29.1/moment.min.js"></script>

5. 加载图片CDN

我们打开稀土掘金网站，随便打开一篇文章，我们可以很多图片都是从 CDN 服务器上请求来的，这极大的提高了图片的响应速度。

image.png

五、常用的前端 CDN 库

名称优势官网
jsDelivr基于 MaxCDN 的一个免费开源的 CDN 解决方案 http://www.jsdelivr.com
CDNJS提供非常完整的 JavaScript 库 http://www.cdnjs.com
BootCDN目前前端开源的项目几乎都涵盖了，支持http和https http://www.bootcdn.cn
Staticfile CDN基于 CDN 加速由七牛云提供包括 JS、CSS、image 和 swf 等静态文件的，支持http和https https://www.staticfile.org
jQuery CDN一个只有 jQuery 的 CDN http://code.jquery.com
百度云资源站基于百度云的资源站，各种开发语言的 SDK 均可以免费下载 https://cloud.baidu.com/doc/Developer/index.html

总结

CDN主要用于在全球范围内加速静态内容、动态内容和流媒体的传输。通过在各地部署节点服务器，将内容缓存到离用户更近的服务器上，从而提供更快速、可靠和高效的内容传输。

CDN缓存在前端性能优化中的主要用于加速静态资源加载、减轻服务器负载，以及缓解网络拥塞等方面。合理利用CDN缓存，能够大幅提升网页性能，提高用户体验。

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