摘要： 對比Cookie、LocalStorage、sessionStorage與IndexedDB
- 作者：浪里行舟
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前言
隨着移動網絡的發展與演化，我們手機上現在除了有原生 App，還能跑“WebApp”——它即開即用，用完即走。一個優秀的 WebApp 甚至可以擁有和原生 App 媲美的功能和體驗。WebApp 優異的性能表現，有一部分原因要歸功於瀏覽器存儲技術的提升。cookie存儲數據的功能已經很難滿足開發所需，逐漸被WebStorage、IndexedDB所取代，本文將介紹這幾種存儲方式的差異和優缺點。
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一、Cookie
1. Cookie的來源
Cookie 的本職工作並非本地存儲，而是“維持狀態”。
因為HTTP協議是無狀態的，HTTP協議自身不對請求和響應之間的通信狀態進行保存，通俗來說，服務器不知道用戶上一次做了什么，這嚴重阻礙了交互式Web應用程序的實現。在典型的網上購物場景中，用戶瀏覽了幾個頁面，買了一盒餅干和兩瓶飲料。最后結帳時，由於HTTP的無狀態性，不通過額外的手段，服務器並不知道用戶到底買了什么，於是就誕生了Cookie。它就是用來繞開HTTP的無狀態性的“額外手段”之一。服務器可以設置或讀取Cookies中包含信息，借此維護用戶跟服務器會話中的狀態。
我們可以把Cookie 理解為一個存儲在瀏覽器里的一個小小的文本文件，它附着在 HTTP 請求上，在瀏覽器和服務器之間“飛來飛去”。它可以攜帶用戶信息，當服務器檢查 Cookie 的時候，便可以獲取到客戶端的狀態。
在剛才的購物場景中，當用戶選購了第一項商品，服務器在向用戶發送網頁的同時，還發送了一段Cookie，記錄着那項商品的信息。當用戶訪問另一個頁面，瀏覽器會把Cookie發送給服務器，於是服務器知道他之前選購了什么。用戶繼續選購飲料，服務器就在原來那段Cookie里追加新的商品信息。結帳時，服務器讀取發送來的Cookie就行了。
2. 什么是Cookie及應用場景
Cookie指某些網站為了辨別用戶身份而儲存在用戶本地終端上的數據(通常經過加密)。 cookie是服務端生成，客戶端進行維護和存儲。通過cookie,可以讓服務器知道請求是來源哪個客戶端，就可以進行客戶端狀態的維護，比如登陸后刷新，請求頭就會攜帶登陸時response header中的set-cookie,Web服務器接到請求時也能讀出cookie的值，根據cookie值的內容就可以判斷和恢復一些用戶的信息狀態。
如上圖所示，Cookie 以鍵值對的形式存在。
典型的應用場景有：
- 記住密碼，下次自動登錄。
- 購物車功能。
- 記錄用戶瀏覽數據，進行商品（廣告）推薦。
3. Cookie的原理及生成方式
Cookie的原理
第一次訪問網站的時候，瀏覽器發出請求，服務器響應請求后，會在響應頭里面添加一個Set-Cookie選項，將cookie放入到響應請求中，在瀏覽器第二次發請求的時候，會通過Cookie請求頭部將Cookie信息發送給服務器，服務端會辨別用戶身份，另外，Cookie的過期時間、域、路徑、有效期、適用站點都可以根據需要來指定。
Cookie的生成方式主要有兩種：
- 生成方式一：http response header中的set-cookie
我們可以通過響應頭里的 Set-Cookie 指定要存儲的 Cookie 值。默認情況下，domain 被設置為設置 Cookie 頁面的主機名，我們也可以手動設置 domain 的值。
Set-Cookie: id=a3fWa; Expires=Wed, 21 Oct 2018 07:28:00 GMT;//可以指定一個特定的過期時間（Expires）或有效期（Max-Age）
當Cookie的過期時間被設定時，設定的日期和時間只與客戶端相關，而不是服務端。
- 生成方式二：js中可以通過document.cookie可以讀寫cookie，以鍵值對的形式展示
例如我們在掘金社區控制台輸入以下三句代碼，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'
從上圖中我們可以得出：
Domain 標識指定了哪些域名可以接受Cookie。如果沒有設置domain，就會自動綁定到執行語句的當前域。
如果設置為”.baidu.com”,則所有以”baidu.com”結尾的域名都可以訪問該Cookie，所以在掘金社區上讀取不到第三條代碼存儲Cookie值。
4. Cookie的缺陷
- Cookie 不夠大
Cookie的大小限制在4KB左右，對於復雜的存儲需求來說是不夠用的。當 Cookie 超過 4KB 時，它將面臨被裁切的命運。這樣看來，Cookie 只能用來存取少量的信息。此外很多瀏覽器對一個站點的cookie個數也是有限制的。
這里需注意：各瀏覽器的cookie每一個name=value的value值大概在4k，所以4k並不是一個域名下所有的cookie共享的,而是一個name的大小。
- 過多的 Cookie 會帶來巨大的性能浪費
Cookie 是緊跟域名的。同一個域名下的所有請求，都會攜帶 Cookie。大家試想，如果我們此刻僅僅是請求一張圖片或者一個 CSS 文件，我們也要攜帶一個 Cookie 跑來跑去（關鍵是 Cookie 里存儲的信息並不需要），這是一件多么勞民傷財的事情。Cookie 雖然小，請求卻可以有很多，隨着請求的疊加，這樣的不必要的 Cookie 帶來的開銷將是無法想象的。
cookie是用來維護用戶信息的，而域名(domain)下所有請求都會攜帶cookie，但對於靜態文件的請求，攜帶cookie信息根本沒有用，此時可以通過cdn（存儲靜態文件的）的域名和主站的域名分開來解決。
- 由於在HTTP請求中的Cookie是明文傳遞的，所以安全性成問題，除非用HTTPS。
5. Cookie與安全
對於 cookie 來說，我們還需要注意安全性。
HttpOnly 不支持讀寫，瀏覽器不允許腳本操作document.cookie去更改cookie，
所以為避免跨域腳本 (XSS) 攻擊，通過JavaScript的 Document.cookie API無法訪問帶有 HttpOnly 標記的Cookie，它們只應該發送給服務端。如果包含服務端 Session 信息的 Cookie 不想被客戶端 JavaScript 腳本調用，那么就應該為其設置 HttpOnly 標記。
Set-Cookie: id=a3fWa; Expires=Wed, 21 Oct 2015 07:28:00 GMT; Secure; HttpOnly
標記為 Secure 的Cookie只應通過被HTTPS協議加密過的請求發送給服務端。但即便設置了 Secure 標記，敏感信息也不應該通過Cookie傳輸，因為Cookie有其固有的不安全性，Secure 標記也無法提供確實的安全保障。
為了彌補 Cookie 的局限性，讓“專業的人做專業的事情”，Web Storage 出現了。
HTML5中新增了本地存儲的解決方案----Web Storage，它分成兩類：sessionStorage和localStorage。這樣有了WebStorage后，cookie能只做它應該做的事情了——作為客戶端與服務器交互的通道，保持客戶端狀態。
二、LocalStorage
1. LocalStorage的特點
- 保存的數據長期存在，下一次訪問該網站的時候，網頁可以直接讀取以前保存的數據。
- 大小為5M左右
- 僅在客戶端使用，不和服務端進行通信
- 接口封裝較好
基於上面的特點，LocalStorage可以作為瀏覽器本地緩存方案，用來提升網頁首屏渲染速度(根據第一請求返回時，將一些不變信息直接存儲在本地)。
2.存入/讀取數據
localStorage保存的數據，以“鍵值對”的形式存在。也就是說，每一項數據都有一個鍵名和對應的值。所有的數據都是以文本格式保存。
存入數據使用setItem方法。它接受兩個參數，第一個是鍵名，第二個是保存的數據。
localStorage.setItem("key","value");
讀取數據使用getItem方法。它只有一個參數，就是鍵名。
var valueLocal = localStorage.getItem("key");
具體步驟，請看下面的例子：
<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. 使用場景
LocalStorage在存儲方面沒有什么特別的限制，理論上 Cookie 無法勝任的、可以用簡單的鍵值對來存取的數據存儲任務，都可以交給 LocalStorage 來做。
這里給大家舉個例子，考慮到 LocalStorage 的特點之一是持久，有時我們更傾向於用它來存儲一些內容穩定的資源。比如圖片內容豐富的電商網站會用它來存儲 Base64 格式的圖片字符串：
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三、sessionStorage
sessionStorage保存的數據用於瀏覽器的一次會話，當會話結束（通常是該窗口關閉），數據被清空；sessionStorage 特別的一點在於，即便是相同域名下的兩個頁面，只要它們不在同一個瀏覽器窗口中打開，那么它們的 sessionStorage 內容便無法共享；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。除了保存期限的長短不同，SessionStorage的屬性和方法與LocalStorage完全一樣。
1.sessionStorage的特點
- 會話級別的瀏覽器存儲
- 大小為5M左右
- 僅在客戶端使用，不和服務端進行通信
- 接口封裝較好
基於上面的特點，sessionStorage 可以有效對表單信息進行維護，比如刷新時，表單信息不丟失。
2. 使用場景
sessionStorage 更適合用來存儲生命周期和它同步的會話級別的信息。這些信息只適用於當前會話，當你開啟新的會話時，它也需要相應的更新或釋放。比如微博的 sessionStorage就主要是存儲你本次會話的瀏覽足跡：
lasturl 對應的就是你上一次訪問的 URL 地址，這個地址是即時的。當你切換 URL 時，它隨之更新，當你關閉頁面時，留着它也確實沒有什么意義了，干脆釋放吧。這樣的數據用 sessionStorage 來處理再合適不過。
3.sessionStorage 、localStorage 和 cookie 之間的區別
- 共同點：都是保存在瀏覽器端，且都遵循同源策略。
- 不同點：在於生命周期與作用域的不同
作用域：localStorage只要在相同的協議、相同的主機名、相同的端口下，就能讀取/修改到同一份localStorage數據。sessionStorage比localStorage更嚴苛一點，除了協議、主機名、端口外，還要求在同一窗口（也就是瀏覽器的標簽頁）下
生命周期：localStorage 是持久化的本地存儲，存儲在其中的數據是永遠不會過期的，使其消失的唯一辦法是手動刪除；而 sessionStorage 是臨時性的本地存儲，它是會話級別的存儲，當會話結束（頁面被關閉）時，存儲內容也隨之被釋放。
Web Storage 是一個從定義到使用都非常簡單的東西。它使用鍵值對的形式進行存儲，這種模式有點類似於對象，卻甚至連對象都不是——它只能存儲字符串，要想得到對象，我們還需要先對字符串進行一輪解析。
說到底，Web Storage 是對 Cookie 的拓展，它只能用於存儲少量的簡單數據。當遇到大規模的、結構復雜的數據時，Web Storage 也愛莫能助了。這時候我們就要清楚我們的終極大 boss——IndexedDB！
四、IndexedDB
IndexedDB 是一種低級API，用於客戶端存儲大量結構化數據(包括文件和blobs)。該API使用索引來實現對該數據的高性能搜索。IndexedDB 是一個運行在瀏覽器上的非關系型數據庫。既然是數據庫了，那就不是 5M、10M 這樣小打小鬧級別了。理論上來說，IndexedDB 是沒有存儲上限的（一般來說不會小於 250M）。它不僅可以存儲字符串，還可以存儲二進制數據。
1. IndexedDB的特點
- 鍵值對儲存。
IndexedDB 內部采用對象倉庫（object store）存放數據。所有類型的數據都可以直接存入，包括 JavaScript 對象。對象倉庫中，數據以"鍵值對"的形式保存，每一個數據記錄都有對應的主鍵，主鍵是獨一無二的，不能有重復，否則會拋出一個錯誤。
- 異步
IndexedDB 操作時不會鎖死瀏覽器，用戶依然可以進行其他操作，這與 LocalStorage 形成對比，后者的操作是同步的。異步設計是為了防止大量數據的讀寫，拖慢網頁的表現。
- 支持事務。
IndexedDB 支持事務（transaction），這意味着一系列操作步驟之中，只要有一步失敗，整個事務就都取消，數據庫回滾到事務發生之前的狀態，不存在只改寫一部分數據的情況。
- 同源限制
IndexedDB 受到同源限制，每一個數據庫對應創建它的域名。網頁只能訪問自身域名下的數據庫，而不能訪問跨域的數據庫。
- 儲存空間大
IndexedDB 的儲存空間比 LocalStorage 大得多，一般來說不少於 250MB，甚至沒有上限。
- 支持二進制儲存。
IndexedDB 不僅可以儲存字符串，還可以儲存二進制數據（ArrayBuffer 對象和 Blob 對象）。
2. IndexedDB的常見操作
在IndexedDB大部分操作並不是我們常用的調用方法，返回結果的模式，而是請求——響應的模式。
- 建立打開IndexedDB ----
window.indexedDB.open("testDB")
這條指令並不會返回一個DB對象的句柄，我們得到的是一個IDBOpenDBRequest對象，而我們希望得到的DB對象在其result屬性中
除了result，IDBOpenDBRequest接口定義了幾個重要屬性:
onerror: 請求失敗的回調函數句柄
onsuccess:請求成功的回調函數句柄
onupgradeneeded:請求數據庫版本變化句柄
<script>
function openDB(name) {
var request = window.indexedDB.open(name); //建立打開IndexedDB
request.onerror = function(e) {
console.log("open indexdb error");
};
request.onsuccess = function(e) {
myDB.db = e.target.result; //這是一個 IDBDatabase對象，這就是IndexedDB對象
console.log(myDB.db); //此處就可以獲取到db實例
};
}
var myDB = {
name: "testDB",
version: "1",
db: null
};
openDB(myDB.name);
</script>
控制台得到一個 IDBDatabase對象，這就是IndexedDB對象
- 關閉IndexedDB----
indexdb.close()
function closeDB(db){
db.close();
}
- 刪除IndexedDB----
window.indexedDB.deleteDatabase(indexdb)
function deleteDB(name) {
indexedDB.deleteDatabase(name)
}
3. WebStorage、cookie 和 IndexedDB之間的區別
從上表可以看到，cookie 已經不建議用於存儲。如果沒有大量數據存儲需求的話，可以使用 localStorage 和 sessionStorage 。對於不怎么改變的數據盡量使用 localStorage 存儲，否則可以用 sessionStorage 存儲。
總結
正是瀏覽器存儲、緩存技術的出現和發展，為我們的前端應用帶來了無限的轉機。近年來基於存儲、緩存技術的第三方庫層出不絕，此外還衍生出了 PWA 這樣優秀的 Web 應用模型。總結下本文幾個核心觀點：
- Cookie 的本職工作並非本地存儲，而是“維持狀態”
- Web Storage 是 HTML5 專門為瀏覽器存儲而提供的數據存儲機制，不與服務端發生通信
- IndexedDB 用於客戶端存儲大量結構化數據
參考文章
- 把cookie聊清楚
- HTML5本地存儲——IndexedDB（一：基本使用）
- 詳說 Cookie, LocalStorage 與 SessionStorage
- 前端性能優化原理與實踐
- localstorage 必知必會
- 瀏覽器數據庫 IndexedDB 入門教程
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