HTTP深入讲解

2019-05-14 本文已影响0人 vinterx

一、HTTP简介

HTTP协议是Hyper Text Transfer Protocol（超文本传输协议）的缩写，是用于在万维网（WWW:World Wide Web ）上服务端和客户端之间传送数据的协议。

二、HTTP历史

HTTP 建立之初，主要是为了将超文本标记语言(HTML)文档从Web服务器传送到客户端的浏览器。也是说对于前端来说，我们所写的HTML页面将要放在我们的 WEB 服务器上，用户端通过浏览器访问url地址来获取网页的显示内容，但是到了 WEB2.0 以来，我们的页面变得复杂，不仅仅单纯的是一些简单的文字和图片，同时我们的 HTML 页面有了 CSS，Javascript，来丰富我们的页面展示，当 ajax 的出现，我们又多了一种向服务器端获取数据的方法，这些其实都是基于 HTTP 协议的，于是前后端逐渐分离。到了移动互联网时代，我们页面可以跑在手机端浏览器里面，但是和 PC 相比，手机端的网络情况更加复杂，这对HTTP请求有了更高的要求，因此在不断的优化与完善。

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HTTP/0.9（1990）

HTTP/0.9 是个相当简单的协议。它只有一个方法（GET），请求和响应没有首部，其设计目标只是获取 HTML格式字符串（没有图片，只有文本）。

HTTP/1.0（1996）

相对于HTTP/0.9增加了大量的内容，建立了现代HTTP的基本架构，如今被大家受熟悉。

增加了首部，除了请求数据体部分，传输还需携带头部信息（请求和响应头）
支持多种格式传输，如：图片、视频、二进制文件等
增加响应码（status code）
支持重定向
增加了POST和HEAD请求方法
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

相对于 0.9 版本来说，HTTP/1.0 是一个巨大的飞跃，但仍存在很多瑕疵，主要是每次TCP的建立都只能发送一个请求，数据响应完毕就关闭连接，由于客户端和服务端每次连接都要三次握手，所以每次发送一个请求，开始都是比较耗费时间，发送速率比较慢。其次缺少强制的 Host 首部，并且缓存的选择也相当简陋，主要是Expires强缓存、Last-Modified/If-Modified-Since协商缓存这两种。

HTTP/1.1（1999）

HTTP/1.1是当前主流的HTTP协议版本，相比1.0版本主要有以下的特点

支持持久连接：connection:keep-alive，默认支持打开的，即客户端和服务端建立一次连接，可以被多个请求复用。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。
管道机制（pipelining）：即在同一个TCP连接里面，客户端可以同时发送多个请求。这样就进一步改进了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。
Content-length字段扩充：Content-length表示HTTP消息实体的传输长度，即经过压缩后传输的实体长度（如gzip压缩等），如果响应为204（不返回实体），304（使用协商缓存内容），head请求（没有实体返回）则直接忽略掉消息实体内容。其次如果有 $\color{red}{Transfer-Encoding}$ （Transfer-Encoding: chunked），则不会有Content-length，有也会忽略掉。HTTP1.0不支持长连接，所以Content-length可有可无，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。但是HTTP1.1版本则 $\color{red}{content-length和Transfer-Encoding必须是二选一}$ ，因为HTTP1.1一个TCP连接可以传送多个回应，势必就要有一种机制，区分数据包是属于哪一个回应的。

Content-Length: 1024

上面代码告诉客户端，本次回应的长度是1024个字节，后面的字节就属于下一个回应了。

分块传输编码：对于一些很耗时的动态操作，服务器需要等到所有操作完成，才能发送数据，显然这样的效率不高。更好的处理方法是，产生一块数据，就发送一块，采用"流模式"（stream）取代"缓存模式"（buffer）即Transfer-Encoding: chunked。
新增请求方法：PUT、PATCH、HEAD、 OPTIONS、DELETE。
客户端请求头新增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。HTTP1.1的请求头增加Host头域，且请求消息中如果没有Host头域会报告一个错误（400 Bad Request）。
缓存处理：在HTTP1.0中主要使用header里的If-Modified-Since,Expires来做为缓存判断的标准，HTTP1.1则引入了更多的缓存控制策略例如Entity tag（Etag），If-Unmodified-Since, If-Match, If-None-Match等更多可供选择的缓存头来控制缓存策略。
错误通知的管理：在HTTP1.1中新增了24个错误状态响应码，如409（Conflict）表示请求的资源与资源的当前状态发生冲突；410（Gone）表示服务器上的某个资源被永久性的删除。

不足：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。服务器只有处理完一个回应，才会进行下一个回应。要是前面的回应特别慢，后面就会有许多请求排队等着。这称为 $\color{red}{队头堵塞}$ （Head-of-line blocking）。为了避免这个问题，只有两种方法：一是减少请求数，二是同时多开持久连接。这导致了很多的网页优化技巧，比如合并脚本和样式表、将图片嵌入CSS代码、域名分片（domain sharding）等等。如果HTTP协议设计得更好一些，这些额外的工作是可以避免的。

HTTP/2（2015）

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 的头信息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。
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"。
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。
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。
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）。服务端接收到客户端主请求（如html页面等），并将主请求的依赖资源（图片，css，js等），在响应主请求的同时，主动并发推送依赖资源至客户端。具体参考浏览器缓存机制的深入解析 Push Cache。

HTTP/3（暂未发布）

三、参考链接

[HTTP协议入门]（http://www.ruanyifeng.com/blog/2016/08/http.html）