面试题：JavaScript Web编程中如何优化复杂场景下的缓存策略

Question

在一个大型的JavaScript驱动的Web应用中，存在多种类型的数据需要缓存，包括用户配置、动态图表数据、频繁更新的实时消息等。不同的数据有不同的更新频率和缓存有效期要求，并且需要考虑多页面之间缓存数据的一致性。请详细阐述你会如何设计一个高效且健壮的缓存策略，包括使用哪些技术手段（如Service Worker、IndexedDB等），以及如何处理缓存冲突和数据过期等问题。

Answer 1

缓存策略设计

1. 数据分类：

   • 用户配置：更新频率低，缓存有效期长。可考虑使用localStorage或IndexedDB进行持久化存储，因为这类数据即使页面刷新或关闭重新打开也应保持。
   • 动态图表数据：更新频率中等，缓存有效期适中。可以在内存中缓存（例如在JavaScript变量中），同时结合IndexedDB进行持久化备份。内存缓存用于快速访问，当页面刷新等情况导致内存数据丢失时，从IndexedDB中恢复。
   • 频繁更新的实时消息：更新频率高，缓存有效期短。采用内存缓存为主，同时利用Service Worker拦截网络请求，在网络不可用时提供最近的缓存数据。

2. 技术手段：

   • Service Worker：
     • 用途：主要用于拦截网络请求，实现离线缓存和提高页面加载速度。对于实时消息等频繁更新的数据，Service Worker 可以在网络请求失败时，从缓存中返回最近的数据。
     • 实现：在 Service Worker 脚本中，通过caches.open()打开缓存空间，使用fetch事件监听器拦截请求，判断请求的资源是否在缓存中。如果在缓存中且未过期（可通过自定义的缓存过期逻辑判断），则返回缓存数据；否则，发起网络请求，并在请求成功后更新缓存。
   • IndexedDB：
     • 用途：作为持久化存储方案，适合存储用户配置和动态图表数据等需要长期保存的数据。
     • 实现：创建数据库和对象仓库，根据数据类型定义不同的对象仓库。例如，为用户配置创建一个对象仓库，为动态图表数据创建另一个对象仓库。使用IDBRequest进行数据的增删改查操作。在更新数据时，先更新IndexedDB中的数据，再更新内存中的缓存，确保数据一致性。
   • 内存缓存：
     • 用途：在JavaScript运行时环境中缓存数据，提供最快的访问速度。
     • 实现：在JavaScript模块中定义变量来存储缓存数据。例如，对于动态图表数据，可以在一个模块中定义let chartDataCache = null;，获取数据时先检查该变量是否有值且未过期，有则直接返回，否则从IndexedDB或网络获取并更新缓存。

处理缓存冲突

1. 版本控制：为不同类型的数据设置版本号。当数据更新时，同时更新版本号。在读取缓存数据时，首先检查版本号是否匹配。如果不匹配，说明数据已过期或被更新，需要重新获取最新数据。例如，在存储用户配置到IndexedDB时，同时存储一个版本号字段configVersion，每次配置更新时递增该版本号。
2. 唯一标识：为每种数据类型定义唯一标识。在缓存和更新数据时，根据唯一标识进行操作。例如，对于动态图表数据，以图表的ID作为唯一标识。如果有多个页面同时请求和更新图表数据，都基于这个唯一标识进行操作，避免不同页面间的数据冲突。

处理数据过期

1. 时间戳标记：在缓存数据时，同时记录数据的创建时间或过期时间。例如，在存储实时消息到内存缓存时，为每个消息对象添加一个timestamp字段记录创建时间。在获取缓存数据时，根据当前时间和timestamp计算数据是否过期。
2. 缓存清理：对于过期的数据，及时清理缓存。可以在每次获取数据时检查过期情况并清理，也可以设置一个定时任务定期清理缓存。例如，使用setInterval函数每隔一段时间（如10分钟）检查并清理过期的实时消息缓存。对于IndexedDB中的过期数据，通过IDBRequest删除相应的记录。