深入了解浏览器存储:对比Cookie、LocalStorage、sessionStorage与IndexedDB

摘要: 对比Cookie、LocalStorage、sessionStorage与IndexedDB。

Fundebug经授权转载,版权归原作者所有。

前言

随着移动网络的发展与演化,我们手机上现在除了有原生 App,还能跑“WebApp”——它即开即用,用完即走。一个优秀的 WebApp 甚至可以拥有和原生 App 媲美的功能和体验。WebApp 优异的性能表现,有一部分原因要归功于浏览器存储技术的提升。cookie存储数据的功能已经很难满足开发所需,逐渐被WebStorage、IndexedDB所取代,本文将介绍这几种存储方式的差异和优缺点。

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一、Cookie

1. Cookie的来源

Cookie 的本职工作并非本地存储,而是“维持状态”

因为HTTP协议是无状态的,HTTP协议自身不对请求和响应之间的通信状态进行保存,通俗来说,服务器不知道用户上一次做了什么,这严重阻碍了交互式Web应用程序的实现。在典型的网上购物场景中,用户浏览了几个页面,买了一盒饼干和两瓶饮料。最后结帐时,由于HTTP的无状态性,不通过额外的手段,服务器并不知道用户到底买了什么,于是就诞生了Cookie。它就是用来绕开HTTP的无状态性的“额外手段”之一。服务器可以设置或读取Cookies中包含信息,借此维护用户跟服务器会话中的状态。

我们可以把Cookie 理解为一个存储在浏览器里的一个小小的文本文件,它附着在 HTTP 请求上,在浏览器和服务器之间“飞来飞去”。它可以携带用户信息,当服务器检查 Cookie 的时候,便可以获取到客户端的状态。

在刚才的购物场景中,当用户选购了第一项商品,服务器在向用户发送网页的同时,还发送了一段Cookie,记录着那项商品的信息。当用户访问另一个页面,浏览器会把Cookie发送给服务器,于是服务器知道他之前选购了什么。用户继续选购饮料,服务器就在原来那段Cookie里追加新的商品信息。结帐时,服务器读取发送来的Cookie就行了。

2. 什么是Cookie及应用场景

Cookie指某些网站为了辨别用户身份而储存在用户本地终端上的数据(通常经过加密)。 cookie是服务端生成,客户端进行维护和存储。通过cookie,可以让服务器知道请求是来源哪个客户端,就可以进行客户端状态的维护,比如登陆后刷新,请求头就会携带登陆时response header中的set-cookie,Web服务器接到请求时也能读出cookie的值,根据cookie值的内容就可以判断和恢复一些用户的信息状态。

如上图所示,Cookie 以键值对的形式存在

典型的应用场景有:

  • 记住密码,下次自动登录。

  • 购物车功能。

  • 记录用户浏览数据,进行商品(广告)推荐。

3. Cookie的原理及生成方式

Cookie的原理

第一次访问网站的时候,浏览器发出请求,服务器响应请求后,会在响应头里面添加一个Set-Cookie选项,将cookie放入到响应请求中,在浏览器第二次发请求的时候,会通过Cookie请求头部将Cookie信息发送给服务器,服务端会辨别用户身份,另外,Cookie的过期时间、域、路径、有效期、适用站点都可以根据需要来指定。

Cookie的生成方式主要有两种:

  • 生成方式一:http response header中的set-cookie

我们可以通过响应头里的 Set-Cookie 指定要存储的 Cookie 值。默认情况下,domain 被设置为设置 Cookie 页面的主机名,我们也可以手动设置 domain 的值。

Set-Cookie: id=a3fWa; Expires=Wed, 21 Oct 2018 07:28:00 GMT;//可以指定一个特定的过期时间(Expires)或有效期(Max-Age)

当Cookie的过期时间被设定时,设定的日期和时间只与客户端相关,而不是服务端。

  • 生成方式二:js中可以通过document.cookie可以读写cookie,以键值对的形式展示

例如我们在掘金社区控制台输入以下三句代码,便可以在Chrome 的 Application 面板查看生成的cookie:

document.cookie="userName=hello"
document.cookie="gender=male"
document.cookie='age=20;domain=.baidu.com'

从上图中我们可以得出:

Domain 标识指定了哪些域名可以接受Cookie。如果没有设置domain,就会自动绑定到执行语句的当前域。

如果设置为”.baidu.com”,则所有以”baidu.com”结尾的域名都可以访问该Cookie,所以在掘金社区上读取不到第三条代码存储Cookie值。

4. Cookie的缺陷

  • Cookie 不够大

Cookie的大小限制在4KB左右,对于复杂的存储需求来说是不够用的。当 Cookie 超过 4KB 时,它将面临被裁切的命运。这样看来,Cookie 只能用来存取少量的信息。此外很多浏览器对一个站点的cookie个数也是有限制的。

这里需注意:各浏览器的cookie每一个name=value的value值大概在4k,所以4k并不是一个域名下所有的cookie共享的,而是一个name的大小。

  • 过多的 Cookie 会带来巨大的性能浪费

Cookie 是紧跟域名的。同一个域名下的所有请求,都会携带 Cookie。大家试想,如果我们此刻仅仅是请求一张图片或者一个 CSS 文件,我们也要携带一个 Cookie 跑来跑去(关键是 Cookie 里存储的信息并不需要),这是一件多么劳民伤财的事情。Cookie 虽然小,请求却可以有很多,随着请求的叠加,这样的不必要的 Cookie 带来的开销将是无法想象的。

cookie是用来维护用户信息的,而域名(domain)下所有请求都会携带cookie,但对于静态文件的请求,携带cookie信息根本没有用,此时可以通过cdn(存储静态文件的)的域名和主站的域名分开来解决。

  • 由于在HTTP请求中的Cookie是明文传递的,所以安全性成问题,除非用HTTPS。

5. Cookie与安全

对于 cookie 来说,我们还需要注意安全性。

HttpOnly 不支持读写,浏览器不允许脚本操作document.cookie去更改cookie,
所以为避免跨域脚本 (XSS) 攻击,通过JavaScript的 Document.cookie API无法访问带有 HttpOnly 标记的Cookie,它们只应该发送给服务端。如果包含服务端 Session 信息的 Cookie 不想被客户端 JavaScript 脚本调用,那么就应该为其设置 HttpOnly 标记。

Set-Cookie: id=a3fWa; Expires=Wed, 21 Oct 2015 07:28:00 GMT; Secure; HttpOnly

标记为 Secure 的Cookie只应通过被HTTPS协议加密过的请求发送给服务端。但即便设置了 Secure 标记,敏感信息也不应该通过Cookie传输,因为Cookie有其固有的不安全性,Secure 标记也无法提供确实的安全保障。

为了弥补 Cookie 的局限性,让“专业的人做专业的事情”,Web Storage 出现了。

HTML5中新增了本地存储的解决方案—-Web Storage,它分成两类:sessionStorage和localStorage。这样有了WebStorage后,cookie能只做它应该做的事情了——作为客户端与服务器交互的通道,保持客户端状态。

二、LocalStorage

1. LocalStorage的特点

  • 保存的数据长期存在,下一次访问该网站的时候,网页可以直接读取以前保存的数据。
  • 大小为5M左右
  • 仅在客户端使用,不和服务端进行通信
  • 接口封装较好

基于上面的特点,LocalStorage可以作为浏览器本地缓存方案,用来提升网页首屏渲染速度(根据第一请求返回时,将一些不变信息直接存储在本地)。

2.存入/读取数据

localStorage保存的数据,以“键值对”的形式存在。也就是说,每一项数据都有一个键名和对应的值。所有的数据都是以文本格式保存。

存入数据使用setItem方法。它接受两个参数,第一个是键名,第二个是保存的数据。

localStorage.setItem("key","value");

读取数据使用getItem方法。它只有一个参数,就是键名。

var valueLocal = localStorage.getItem("key");

具体步骤,请看下面的例子:

<script>
<script>
if(window.localStorage){
localStorage.setItem('name','world'
localStorage.setItem(“gender','famale')
}
</script>
<body>
<div id="name"></div>
<div id="gender"></div>
<script>
var name = localStorage.getItem("name");
var gender = localStorage.getItem("gender");
document.getElementById("name").innerHTML = name;
document.getElementById("gender").innerHTML = gender;
</script>
</body>

3. 使用场景

LocalStorage在存储方面没有什么特别的限制,理论上 Cookie 无法胜任的、可以用简单的键值对来存取的数据存储任务,都可以交给 LocalStorage 来做。

这里给大家举个例子,考虑到 LocalStorage 的特点之一是持久,有时我们更倾向于用它来存储一些内容稳定的资源。比如图片内容丰富的电商网站会用它来存储 Base64 格式的图片字符串:

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三、sessionStorage

sessionStorage保存的数据用于浏览器的一次会话,当会话结束(通常是该窗口关闭),数据被清空;sessionStorage 特别的一点在于,即便是相同域名下的两个页面,只要它们不在同一个浏览器窗口中打开,那么它们的 sessionStorage 内容便无法共享;localStorage 在所有同源窗口中都是共享的;cookie也是在所有同源窗口中都是共享的。除了保存期限的长短不同,SessionStorage的属性和方法与LocalStorage完全一样。

1.sessionStorage的特点

  • 会话级别的浏览器存储
  • 大小为5M左右
  • 仅在客户端使用,不和服务端进行通信
  • 接口封装较好

基于上面的特点,sessionStorage 可以有效对表单信息进行维护,比如刷新时,表单信息不丢失。

2. 使用场景

sessionStorage 更适合用来存储生命周期和它同步的会话级别的信息。这些信息只适用于当前会话,当你开启新的会话时,它也需要相应的更新或释放。比如微博的 sessionStorage就主要是存储你本次会话的浏览足迹:

lasturl 对应的就是你上一次访问的 URL 地址,这个地址是即时的。当你切换 URL 时,它随之更新,当你关闭页面时,留着它也确实没有什么意义了,干脆释放吧。这样的数据用 sessionStorage 来处理再合适不过。

  • 共同点:都是保存在浏览器端,且都遵循同源策略。
  • 不同点:在于生命周期与作用域的不同

作用域:localStorage只要在相同的协议、相同的主机名、相同的端口下,就能读取/修改到同一份localStorage数据。sessionStorage比localStorage更严苛一点,除了协议、主机名、端口外,还要求在同一窗口(也就是浏览器的标签页)下

生命周期:localStorage 是持久化的本地存储,存储在其中的数据是永远不会过期的,使其消失的唯一办法是手动删除;而 sessionStorage 是临时性的本地存储,它是会话级别的存储,当会话结束(页面被关闭)时,存储内容也随之被释放。

Web Storage 是一个从定义到使用都非常简单的东西。它使用键值对的形式进行存储,这种模式有点类似于对象,却甚至连对象都不是——它只能存储字符串,要想得到对象,我们还需要先对字符串进行一轮解析。

说到底,Web Storage 是对 Cookie 的拓展,它只能用于存储少量的简单数据。当遇到大规模的、结构复杂的数据时,Web Storage 也爱莫能助了。这时候我们就要清楚我们的终极大 boss——IndexedDB!

四、IndexedDB

IndexedDB 是一种低级API,用于客户端存储大量结构化数据(包括文件和blobs)。该API使用索引来实现对该数据的高性能搜索。IndexedDB 是一个运行在浏览器上的非关系型数据库。既然是数据库了,那就不是 5M、10M 这样小打小闹级别了。理论上来说,IndexedDB 是没有存储上限的(一般来说不会小于 250M)。它不仅可以存储字符串,还可以存储二进制数据。

1. IndexedDB的特点

  • 键值对储存。

IndexedDB 内部采用对象仓库(object store)存放数据。所有类型的数据都可以直接存入,包括 JavaScript 对象。对象仓库中,数据以”键值对”的形式保存,每一个数据记录都有对应的主键,主键是独一无二的,不能有重复,否则会抛出一个错误。

  • 异步

IndexedDB 操作时不会锁死浏览器,用户依然可以进行其他操作,这与 LocalStorage 形成对比,后者的操作是同步的。异步设计是为了防止大量数据的读写,拖慢网页的表现。

  • 支持事务。

IndexedDB 支持事务(transaction),这意味着一系列操作步骤之中,只要有一步失败,整个事务就都取消,数据库回滚到事务发生之前的状态,不存在只改写一部分数据的情况。

  • 同源限制

IndexedDB 受到同源限制,每一个数据库对应创建它的域名。网页只能访问自身域名下的数据库,而不能访问跨域的数据库。

  • 储存空间大

IndexedDB 的储存空间比 LocalStorage 大得多,一般来说不少于 250MB,甚至没有上限。

  • 支持二进制储存。

IndexedDB 不仅可以储存字符串,还可以储存二进制数据(ArrayBuffer 对象和 Blob 对象)。

2. IndexedDB的常见操作

在IndexedDB大部分操作并不是我们常用的调用方法,返回结果的模式,而是请求——响应的模式。

  • 建立打开IndexedDB —-window.indexedDB.open("testDB")

这条指令并不会返回一个DB对象的句柄,我们得到的是一个IDBOpenDBRequest对象,而我们希望得到的DB对象在其result属性中

除了result,IDBOpenDBRequest接口定义了几个重要属性:

onerror: 请求失败的回调函数句柄

onsuccess:请求成功的回调函数句柄

onupgradeneeded:请求数据库版本变化句柄

<script>
function openDB(name) {
var request = window.indexedDB.open(name); //建立打开IndexedDB
request.onerror = function(e) {
console.log("open indexdb error");
};
request.onsuccess = function(e) {
myDB.db = e.target.result; //这是一个 IDBDatabase对象,这就是IndexedDB对象
console.log(myDB.db); //此处就可以获取到db实例
};
}
var myDB = {
name: "testDB",
version: "1",
db: null
};
openDB(myDB.name);
</script>

控制台得到一个 IDBDatabase对象,这就是IndexedDB对象

  • 关闭IndexedDB—-indexdb.close()
function closeDB(db){
db.close();
}
  • 删除IndexedDB—-window.indexedDB.deleteDatabase(indexdb)
function deleteDB(name) {
indexedDB.deleteDatabase(name)
}

3. WebStorage、cookie 和 IndexedDB之间的区别

从上表可以看到,cookie 已经不建议用于存储。如果没有大量数据存储需求的话,可以使用 localStorage 和 sessionStorage 。对于不怎么改变的数据尽量使用 localStorage 存储,否则可以用 sessionStorage 存储。

总结

正是浏览器存储、缓存技术的出现和发展,为我们的前端应用带来了无限的转机。近年来基于存储、缓存技术的第三方库层出不绝,此外还衍生出了 PWA 这样优秀的 Web 应用模型。总结下本文几个核心观点:

  • Cookie 的本职工作并非本地存储,而是“维持状态”
  • Web Storage 是 HTML5 专门为浏览器存储而提供的数据存储机制,不与服务端发生通信
  • IndexedDB 用于客户端存储大量结构化数据

参考文章

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