HTTP 协议 是浏览器和服务器之间的 通信语言

HTTP1 协议

HTTP/0.9: 图灵完备，但功能单一

• 需求：主要用于学术交流，用来在网络之间 传递 HTML 超文本 的内容
• 特点：没有 HTTP 请求头和请求体，服务器也没有返回头信息

HTTP/1.0**：**面向大众，解决刚需

• 需求：支持多种类型的文件下载
  • 通过请求头和响应头来进行协商文件的类型、压缩方式、编码等
• 特点：
  • 新增 状态码：过响应行的方式来通知浏览器的
  • 新增 Cache：缓存已经下载过的数据
  • 新增 **用户代理：**收集客户端基础信息
• 缺点：
  • 每一次 HTTP 通信都要经历：TCP连接 → 传输 HTTP 数据 → 断开 TCP
  • 相当于每次和别人说一句话都要 say hello 一次，非常的搞笑

HTTP/1.1: 缝缝补补

• 核心优化项：
  • 持久连接
    • 只要服务器或浏览器没有明确断开连接，TCP 连接会一直保持
    • 默认开启，同一个域名最多同时建立 6 个 TCP 连接
  • 使用 CDN 实现 域名分片 机制
    • 将一个页面的资源利用多个域名下载，提高 TCP 并发数量
  • 不成熟的 HTTP 管线化
    • 持久连接虽能减少 TCP 重连次数，但 TCP 的连接还是串行的，如果有请求没有及时返回就会阻塞后面的请求，著名的 队头阻塞 问题
    • 管线化是要解决队头阻塞的问题，但该方案由于种种原因被放弃
  • 提供 虚拟机 的支持
    • HTTP/1.0 中，每个域名绑定唯一 IP 地址，一个 IP 地址只能对应一个物理机，但随着虚拟机技术的发展，一个物理机可以有多个虚拟机，每个虚拟机都有自己的单独域名，但域名的 IP 是一样的
    • 因此，新增了 Host 字段，来表示当前域名，服务器就可以根据 Host 做不同的处理
  • 支持 动态生成内容
    • HTTP/1.0 中，用 Content-Length 来确定数据的大小，但是随着服务端的发展，很多页面内容都是 动态生成 的，所以在传输之前不知道最终的数据大小，导致浏览器 无法确定 数据是否已全部接收
    • **Chunk transfer 机制：**服务器会将数据分割成若干 任意大小 数据块且附加其长度，最后使用 零长度 的数据块作为发送完成标志
  • 客户端 Cookie
    • 解决 HTTP 无状态的限制，用于 标识 用户身份和信息
• 依然存在的问题：
  • 带宽的利用率却并不理想
    • 带宽：每秒最大能发送或接收的字节数
      • 上行带宽：每秒能 发送 的最大字节数
      • 下行带宽：每秒能 接收 的最大字节数
    • 原因：
      1. TCP 的 慢启动：
         • TCP 建立连接之后就进入发送数据状态，发送数据的速度 由慢到快，慢启动是 TCP 为了减少 网络拥塞 的一种缓冲策略
         • 页面中常用的一些关键资源文件本来就不大，如 HTML/CSS/JS 文件，通常这些文件在 TCP 建立连接后就要发起请求的，但由于是慢启动，耗时比正常时间要多很多，延迟了首次渲染页面的时长
      2. 资源竞争：
         • 多条 TCP 连接会竞争固定带宽时无法区分重要资源的 优先级
         • 当页面中下载的资源较多且带宽不够时，TCP 连接就会动态减慢接收数据的速度，而这个减慢没有优先级，也就会造成视频和图片这种较大的资源会和 HTML /CSS 这种渲染初始页面的 资源竞争 而造成白屏
      3. 队头堵塞：
         • 每个 TCP 管道中同一时刻只能处理一个请求，请求未结束时，其他请求只能等待，类似于在同一个窗口排队办业务

HTTP2 协议

解决 HTTP1.1 中 TCP 的慢启动、带宽资源竞争、队头拥塞问题，虽然 TCP 是造成这些问题的源头，但是目前依然无法脱离 TCP 协议，只能想办法规避上述问题。

HTTP2 核心特性

• 如何解决队头堵塞？

  • 多路复用机制

    • 浏览器每个发起的请求都会携带一个 ID，当服务器返回数据时也会携带对应的 ID，浏览器会将返回的 ID 的内容拼接为完整的 HTTP 响应数据

      • 就好比去一个可以自助点餐的饭店，点完之后就等着上菜，解决了排队点菜造成的对头堵塞的问题

    • 可将请求分成一帧一帧的数据进行传输，当收到优先级高的请求时，服务器可以暂停之前的请求来 处理优先级较高 的资源请求

    • 实现机制：

      HTTP2 新增了 二进制分帧层

      1. 浏览器准备好 请求数据
      2. 二进制分帧层将请求数据 转换 为一个个带有请求 ID 编号的帧，通过协议栈将其发送给服务器
      3. 服务器接收所有帧，会将所有 相同 ID 的帧 合并为一条完整的请求信息
      4. 服务器处理该请求，并将处理的响应行、响应头、响应体 分别发送 至二进制分帧层
      5. 二进制分帧层会将响应数据转换为一个个带有请求 ID 编号的帧，经过协议栈发送给浏览器
      6. 浏览器接收到响应帧后，会根据 ID 编号将帧的数据提交给对应的请求

      flowchart BT
      	subgraph HTTP2 协议栈
      	  subgraph 请求列表
      	      ...
          end
      		subgraph 二进制分帧层
      	    subgraph 完整请求
      				请求头+ID
      				响应头+ID
      				响应体+ID
      			end
          end
      		请求列表 <-->	二进制分帧层 <--> TLS[TLS 可选] <--> 		TCP/IP
      end
      

• 如何解决 TCP 慢启动次数和 TCP 之间宽带资源竞争？

  • 一个域名只使用一个 TCP 长连接 来传输数据，减少每次 TCP 连接造成的 副作用

HTTP2 其他特性

1. 可设置请求的优先级：优先加载重要资源