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全面阐析浏览器WebStorage、cookie 和 IndexedDB各种存储

前端 javascript web 2019/02/15

本文于1978天之前发表，文中内容可能已经过时。

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。

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。

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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

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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。

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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:

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

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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。
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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。

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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：

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<script>
if(window.localStorage){
  localStorage.setItem（'name','world'）
  localStorage.setItem（“gender','female'）
}
</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：

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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

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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

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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

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<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

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

3.WebStorage、cookie 和 IndexedDB之间的区别

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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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