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Syzoth
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Na verdade para enviar o Last-Modified não precisa do If-Modified-Since, o If-Modified-Since já é consequência do Last-Modified, então se a pretensão é de enviar apenas o filemtime($arquivo) como Last-Modified para a resposta HTTP, bastaria um gmdate com os parametros na ordem correta, pois o filemtime já trabalha com Unix time, algo como:

$modified = filemtime(<arquivo>);

header('Last-Modified: ' . gmdate('D, d M Y H:i:s', $modified) . ' GMT');

Você pode escapar o GMT com \G\M\T ou usar o T, mas é irrelevante, o valor esperado deve ser GMT mesmo, faça como achar mais agradável.

O If-Modified-Since sendo consequência do último Last-Modified será usado se precisar comparar o que tem no servidor com o que tem no cliente, então é por isso que nas próximas requisições ao mesmo endereço poderá trabalhar esse valor, comparando você poderá diminuir a carga de downloads, usando o código 304:

$modified = filemtime(<arquivo>);

if (<If-Modified-Since> >= $modified) {
    http_response_code(304);
    exit;
}

header('Last-Modified: ' . gmdate('D, d M Y H:i:s', $modified) . ' GMT');

readfile(<arquivo>);

Nesse pseudocódigo enviamos o arquivo para a resposta HTTP somente se o arquivo tiver sido modificado, caso contrário o navegador (ou outro sistema de cliente que trabalhe com HTTP) deve entender que nada mudou e portanto deverá reaproveitar o cache existente.

É possível também trabalhar em conjunto com E-tag ou usar apenas E-tag, não necessariamente é obrigado a trabalhar com ambos, a ideia do E-tag é ter um meio de confirmar se não houve mesmo modificação, ele pode conter a versão ou uma "hash" (valor ASCII), existe o indicado do E-tag se está usando um validador fraco ou não, mas tudo isso é outra história e vai muito além do perguntando.

Voltando ao foco. Só se realmente o objetivo é usar o 304 Not Modified que o código a seguir será útil:

$data = date_create_from_format('D, d M Y H:i:s T', <If-Modified-Since>);

if ($data && filemtime(<arquivo>) > $data->getTimestamp()) {
    etc...
}

O objetivo disso seria validar o valor enviado no header da requisição HTTP, já que headers de requisição HTTP podem ser manipulados, então uma ideia de implementação semi funcional seria:

$modified = filemtime($arquivo);

// Checa se o header foi enviado pelo cliente e então tenta fazer o parse
$data = isset($_SERVER['HTTP_IF_MODIFIED_SINCE']) ? date_create_from_format('D, d M Y H:i:s T', $_SERVER['HTTP_IF_MODIFIED_SINCE']) : null;

if ($data && $data->getTimestamp() >= $modified) {
    http_response_code(304);
    exit;
}

header('Last-Modified: ' . gmdate('D, d M Y H:i:s', $modified) . ' GMT');

readfile($arquivo);

Pela lógica tem que ser >= e não > porque se o arquivo não mudou os valores serão "iguais".

Essa implementação toda pode ser feita até mesmo em "frameworks" que tem interface própria de HTTP e prévalidar o header de requisição If-Modified-Since em algum tipo de middleware, ou talvez o próprio framework ou o servidor HTTP valide isso, mas não posso afirmar por todas tecnologias, só quero dizer que dependendo do cenário talvez a validação possa ser dispensável nesse ponto da execução se outra tecnologia já implementar.

Vale lembrar que no exemplo usei a função readfile, mas até aonde usei ela foi problemática com arquivos grandes, o ideal para arquivos grandes seria usar fopen + flush, mas isso é questão de otimização, que vai muito além do que é perguntando.

Syzoth
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