HTTP协议介绍&各个版本功能差异对比

http协议简介

        HTTP 全称超文本传输协议（HyperText Transfer Protocol），是一种广泛用于互联网中浏览器与服务器之间的应用层传输协议。简单来说，浏览器向服务器发送 HTTP 请求，服务器向浏览器返回 HTTP 响应，两者之间通过这种方式进行“交流”，来使得我们的浏览器可以正常从服务器端获取数据，并展示在用户的电脑屏幕上。

http协议各个版本功能差异(如何优化)

HTTP 0.9
        HTTP协议的最初版本，功能简陋，仅支持请求方式GET，并且仅能请求访问HTML格式的资源。

HTTP 1.0
        增加了请求方式POST和HEAD；请求行必须在尾部添加协议版本字段（http/1.0），每次通信都必须包括头信息（HTTP header），用来描述一些元数据。不再局限于0.9版本的HTML格式，根据Content-Type可以支持多种数据格式，即MIME多用途互联网邮件扩展，例如text/html、image/jpeg等；同时也开始支持cache，就是当客户端在规定时间内访问统一网站，直接访问cache即可。其他的新增功能还包括状态码（status code）、多字符集支持、多部分发送（multi-part type）、权限（authorization）、缓存（cache）、内容编码（content encoding）等。但是1.0版本的工作方式是每次TCP连接只能发送一个请求（默认短链接），当服务器响应后就会关闭这次连接，下一个请求需要再次建立TCP连接，就是不支持keep-alive。

长连接和短链接

        短连接：客户端和服务端进行收发数据的时候才进行连接，一次收发消息后就进行断开。优点：管理起来比较简单，存在的连接都是有用的连接

        长连接：双方建立连接，一次读写之后不会主动断开。优点：省去了TCP连接和关闭的时间，节省了时间，频繁请求的用户适合长连接，缺点是如果有人恶意攻击，产生大量的长连接，会使服务器受损。所以可以关闭一些长时间不用的连接，以及限制客户端的最大连接数

        TCP连接的新建成本很高，因为需要客户端和服务器三次握手，并且开始时发送速率较慢（slow start）。所以，HTTP 1.0版本的性能比较差。随着网页加载的外部资源越来越多，这个问题就愈发突出了。

        为了解决这个问题，有些浏览器在请求时，用了一个非标准的Connection字段。Connection: keep-alive

HTTP 1.1
        1.1 版的最大变化，就是引入了持久连接（persistent connection），即TCP连接默认不关闭，可以被多个请求复用，不用声明Connection: keep-alive。解决了1.0版本的keepalive问题，一个TCP连接可以允许多个HTTP请求；客户端和服务器发现对方一段时间没有活动，就可以主动关闭连接。不过，规范的做法是，客户端在最后一个请求时，发送Connection: close，明确要求服务器关闭TCP连接。
        加入了管道机制，在同一个TCP连接里，允许多个请求同时发送，增加了并发性，进一步改善了HTTP协议的效率；举例来说，客户端需要请求两个资源。以前的做法是，在同一个TCP连接里面，先发送A请求，然后等待服务器做出回应，收到后再发出B请求。管道机制则是允许浏览器同时发出A请求和B请求，但是服务器还是按照顺序，先回应A请求，完成后再回应B请求。
新增了请求方式PUT、PATCH、OPTIONS、DELETE等。
        客户端请求的头信息新增了Host字段，用来指定服务器的域名。在HTTP1.0中认为每台服务器都绑定一个唯一的IP地址，因此，请求消息中的URL并没有传递主机名（hostname）。但随着虚拟主机技术的发展，在一台物理服务器上可以存在多个虚拟主机（Multi-homed Web Servers），并且它们共享一个IP地址。

Content-Length 字段

        一个TCP连接现在可以传送多个回应，势必就要有一种机制，区分数据包是属于哪一个回应的。这就是Content-length字段的作用，声明本次回应的数据长度。

Content-Length: 3495

        上面代码告诉浏览器，本次回应的长度是3495个字节，后面的字节就属于下一个回应了。

        在1.0版中，Content-Length字段不是必需的，因为浏览器发现服务器关闭了TCP连接，就表明收到的数据包已经全了。

        虽然1.1版允许复用TCP连接，但是同一个TCP连接里面，所有的数据通信是按次序进行的。服务端是按队列顺序处理请求的，服务器只有处理完一个回应，才会进行下一个回应。假如前面的请求处理时间很长，后面就会有许多请求排队等着，这样就造成了“队头阻塞”的问题；同时HTTP是无状态的连接，因此每次请求都需要添加重复的字段，降低了带宽的利用率。

HTTP 2.0
        为了解决1.1版本利用率不高的问题，提出了HTTP/2.0版本。增加双工模式，即不仅客户端能够同时发送多个请求，服务端也能同时处理多个请求，解决了队头堵塞的问题（HTTP2.0使用了多路复用的技术，做到同一个连接并发处理多个请求，而且并发请求的数量比HTTP1.1大了好几个数量级）；HTTP请求和响应中，状态行和请求/响应头都是些信息字段，并没有真正的数据，因此在2.0版本中将所有的信息字段建立一张表，为表中的每个字段建立索引，客户端和服务端共同使用这个表，他们之间就以索引号来表示信息字段，这样就避免了1.0旧版本的重复繁琐的字段，并以压缩的方式传输，提高利用率。

另外也增加服务器推送的功能，即不经请求服务端主动向客户端发送数据。

多路复用允许同时通过单一的 HTTP/2 连接发起多重的请求-响应消息

当前主流的协议版本还是HTTP/1.1版本。

多路复用：对于 HTTP/1.x，即使开启了长连接，请求的发送也是串行发送的，在带宽足够的情况下，对带宽的利用率不够，HTTP/2.0 采用了多路复用的方式，可以并行发送多个请求，提高对带宽的利用率。

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二进制协议

        HTTP/1.1 版的头信息肯定是文本（ASCII编码），数据体可以是文本，也可以是二进制。HTTP/2 则是一个彻底的二进制协议，头信息和数据体都是二进制，并且统称为"帧"（frame）：头信息帧和数据帧。二进制协议的一个好处是，可以定义额外的帧。HTTP/2 定义了近十种帧，为将来的高级应用打好了基础。如果使用文本实现这种功能，解析数据将会变得非常麻烦，二进制解析则方便得多。

多工
        HTTP/2 复用TCP连接，在一个连接里，客户端和浏览器都可以同时发送多个请求或回应，而且不用按照顺序一一对应，这样就避免了"队头堵塞"。举例来说，在一个TCP连接里面，服务器同时收到了A请求和B请求，于是先回应A请求，结果发现处理过程非常耗时，于是就发送A请求已经处理好的部分， 接着回应B请求，完成后，再发送A请求剩下的部分。
 

数据流
        因为 HTTP/2 的数据包是不按顺序发送的，同一个连接里面连续的数据包，可能属于不同的回应。因此，必须要对数据包做标记，指出它属于哪个回应。HTTP/2 将每个请求或回应的所有数据包，称为一个数据流（stream）。每个数据流都有一个独一无二的编号。数据包发送的时候，都必须标记数据流ID，用来区分它属于哪个数据流。另外还规定，客户端发出的数据流，ID一律为奇数，服务器发出的，ID为偶数。数据流发送到一半的时候，客户端和服务器都可以发送信号（RST_STREAM帧），取消这个数据流。1.1版取消数据流的唯一方法，就是关闭TCP连接。这就是说，HTTP/2 可以取消某一次请求，同时保证TCP连接还打开着，可以被其他请求使用。
客户端还可以指定数据流的优先级。优先级越高，服务器就会越早回应。
 

头信息压缩
        HTTP 协议不带有状态，每次请求都必须附上所有信息。所以，请求的很多字段都是重复的，比如Cookie和User Agent，一模一样的内容，每次请求都必须附带，这会浪费很多带宽，也影响速度。
HTTP/2 对这一点做了优化，引入了头信息压缩机制（header compression）。一方面，头信息使用gzip或compress压缩后再发送；另一方面，客户端和服务器同时维护一张头信息表，所有字段都会存入这个表，生成一个索引号，以后就不发送同样字段了，只发送索引号，这样就提高速度了。

服务器推送
        HTTP/2 允许服务器未经请求，主动向客户端发送资源，这叫做服务器推送（server push）。意思是说，当我们对支持HTTP2.0的web server请求数据的时候，服务器会顺便把一些客户端需要的资源一起推送到客户端，免得客户端再次创建连接发送请求到服务器端获取。这种方式非常合适加载静态资源。服务器端推送的这些资源其实存在客户端的某处地方，客户端直接从本地加载这些资源就可以了，不用走网络，速度自然是快很多的。常见场景是客户端请求一个网页，这个网页里面包含很多静态资源。正常情况下，客户端必须收到网页后，解析HTML源码，发现有静态资源，再发出静态资源请求。其实，服务器可以预期到客户端请求网页后，很可能会再请求静态资源，所以就主动把这些静态资源随着网页一起发给客户端了。服务端推送能把客户端所需要的资源伴随着index.html一起发送到客户端，省去了客户端重复请求的步骤。正因为没有发起请求，建立连接等操作，所以静态资源通过服务端推送的方式可以极大地提升速度。

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HTTP 3.0
那么HTTP2.0虽然性能已经不错了，还有什么不足吗？

建立连接时间长(本质上是TCP的问题)
队头阻塞问题
移动互联网领域表现不佳(弱网环境)
…

熟悉HTTP2.0协议的同学应该知道，这些缺点基本都是由于TCP协议引起的，水能载舟亦能覆舟.

TCP队头阻塞
        TCP数据包是有序传输，中间一个数据包丢失，会等待该数据包重传，造成后面的数据包的阻塞。

        想从TCP上进行改造升级绝非易事，但是UDP虽然没有TCP为了保证可靠连接而引发的问题，但是UDP本身不可靠，又不能直接用。

QUIC协议和HTTP3.0
        QUIC其实是Quick UDP Internet Connections的缩写，直译为快速UDP互联网连接。

        HTTP3.0又称为HTTP Over QUIC，其弃用TCP协议，改为使用基于UDP协议的QUIC协议来实现。

QUIC协议详解
        HTTP3.0既然选择了QUIC协议，也就意味着HTTP3.0基本继承了HTTP2.0的强大功能，并且进一步解决了HTTP2.0存在的一些问题，同时必然引入了新的问题。

队头阻塞问题：

        队头阻塞问题可能存在于HTTP层和TCP层，在HTTP1.x时两个层次都存在该问题。

        HTTP2.0协议的多路复用机制解决了HTTP层的队头阻塞问题，但是在TCP层仍然存在队头阻塞问题。
        TCP协议在收到数据包之后，这部分数据可能是乱序到达的，但是TCP必须将所有数据收集排序整合后给上层使用，如果其中某个包丢失了，就必须等待重传，从而出现某个丢包数据阻塞整个连接的数据使用。
        QUIC协议是基于UDP协议实现的，在一条链接上可以有多个流，流与流之间是互不影响的，当一个流出现丢包影响范围非常小，从而解决队头阻塞问题。
如何用UDP协议来实现TCP协议的主要功能：

        QUIC协议就回答了这个问题：QUIC协议是基于UDP来实现的，它将TCP的重要功能都进行了实现和优化，QUIC协议的核心思想是将TCP协议在内核实现的诸如可靠传输、流量控制、拥塞控制等功能转移到用户态来实现，同时在加密传输方向的尝试也推动了TLS1.3的发展。