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一、超文本传输协议 HTTP/0.9

HTTP/0.9实现有以下三个特点：

二、被浏览器推动的HTTP/1.0

 2-1、HTTP/1.0如何通过请求头和响应头来支持不同类型的数据

三、HTTP/1.1

1、改进持久连接

2、提供虚拟主机的支持

3、客户端Cookie、安全机制

四、HTTP/2.0

1、HTTP1.1的主要问题

1. TCP的慢启动

2、同时开启多条TCP连接，那么这些连接会竞争固定的带宽

3、HTTP/1.1队头阻塞问题

2、HTTP/2 的多路复用

多路复用的实现

HTTP/2 的其他特性

1、可以设置的优先级

2、服务器推送

3、头部压缩

一、超文本传输协议 HTTP/0.9

HTTP/0.9，主要用于网络之间传递 HTML，所以被称为超文本传输协议。

它的实现很简单，采用基于请求和响应的模式，客户端发请求，服务器端响应数据。

 上图是一个HTTP/0.9的一个完整的请求流程。

1、HTTP是基于TCP协议的，客户端基于IP和端口与服务器建立TCP连接，而建立连接的过程就是TCP协议的三次握手的过程。

2、建立TCP连接以后，会发送一个GET请求行的信息，如：

GET /top index.html // 用来获取 index.html

http://47.108.197.28:4000/api/article

// 抓包以下网址，就可以看到请求行

3、服务器接收到请求信息之后，读取对应的HTML文件，并将数据以ASCII字符流返回给客户端

4、数据传送完毕，断开连接。

总的来说，当时的需求很简单，就是用来传输体积很小的HTML文件，所以

HTTP/0.9实现有以下三个特点：

1、只有一个请求行，没有HTTP请求头以及请求体和响应头。因为只需要一个请求行，就可以完整表达客户端需求。

2、服务器也没有返回响应头信息，这是因为服务器并不需要告诉服务端什么信息，只需要返回数据。

3、返回的文件内容是以ASCII字符流传输的，因为是HTML格式的，所以使用ASCII字节码来传输最合适。

总结：因为请求的数据类型很简单，所以不需要将请求和响应设计地复杂。

二、被浏览器推动的HTTP/1.0

19941 年，网景公司推出了一款基于拨号上网的浏览器，从此万维网就不局限在学术交流了，进入了高速发展的阶段。HTTP/0.9已经不能适用于当时新兴的网络，因为浏览器展示的已经不是单纯的HTML文件了，还包括JavaScript、CSS、图片、音视频等不同类型的文件。因而，支持多类型文件下载是HTTP/1.0的核心诉求。因为文件的格式不能紧紧局限于ASCII编码，还有很多类型编码的文件。

如何实现多种类型文件的下载？

HTTP/0.9建立连接以后，只会发送类似 GET/index.html 这样简单的请求命令，没有告诉服务器更多的信息。如文件的编码、类型等等。 为了让客户端和服务器但进行更加深入的交流。HTTP/1.0引入了请求头和响应头，他们都以key-value形式保存的，在HTTP发送请求时，会带上请求头信息，服务器返回数据时，会返回响应头信息。

 2-1、HTTP/1.0如何通过请求头和响应头来支持不同类型的数据

要支持多种类型的文件，我们就需要解决一下问题：

1、浏览器告诉服务器它需要什么语言版本的界面；

2、浏览器要知道服务器返回的数据是什么类型，然后浏览器才能根据不同类型的数据进行针对性处理。

3、由于万维网所支持的应用变得越来越广，所以单个文件的数据量也越来越大，为了减轻传输性能，服务器会对数据进行压缩后再传输，所以服务器要知道浏览器要知道服务器压缩数据的方式。

4、各种文件的编码形式可能不一样，浏览器需要知道文件的编码类型。

基于以上问题，HTTP/1.0的方案是通过请求头和响应头进行协商，在发起请求时会通过HTTP请求头它期待返回什么类型的文件，采取什么像是压缩，提供什么语言文件以及文件的具体编码。

最终发出来的请求头内容如下：

accept:text/html   // 请求的文件类型

accept-encodeing: gzip,deflate  // 服务器采用的压缩方式

accept-charset: utf-8 // 文件的编码格式

accept-language:zh-CN,zh // 页面显示的语言 

服务器接收到浏览器发送过来的请求头信息以后，会根据请求头信息来响应数据。之后浏览器就根据响应头信息，处理数据。

content-encoding ：gzip // 服务器响应数据的压缩格式

content-type：text/html;charset=UTF-8  // 服务器响应的 数据类型 和 编码格式

有了响应头，浏览器会使用gzip方式来解压文件，再按照UTF-8的编码格式来处理原始文件，最后使用HTML的方式来解析文件。这就是 HTTP/1.0支持多文件的一个基本流程。

HTTP/1.0除了对多文件提供良好的支持，还依据当时的实际需求引入了很多其他也行，这些特地性都是通过请求头和响应头来实现的。

1、有的请求服务器可能无法处理或者处理出错，这时候就需要告诉浏览器服务器最终处理该请求的情况，这就引入了状态码，状态码通过响应行的方式来通知浏览器的

2、为了减轻服务器的压力，在HTTP/1.0中提供了 Cache 机制，用来缓存已经下载过的数据。

3、服务器需要统计客户端的基础信息，比如windows1和macOS的用户数量分别是多少，所以HTTP/1.0的请求头还加入了用户代理字段。

三、HTTP/1.1

随着需求的迭代，HTTP/1.0已经不能满足用户的需求了，所以HTTP/1.1在HTTP/1.0的基础上做了大量的更新。

1、改进持久连接

HTTP/1.0每进行一次HTTP通信，都需要经历TCP连接，输出HTTP数据，断开TCP三个阶段。

在HTTP/1.0时代，由于通信文件较小，而且每个页面的引用也不多，所以这种传输形式没什么大问题。但是随着浏览器的普及，每个页面的图片文件越来越多，例如像淘宝首页，单个页面就包含看几百个引用的资源文件，如果在下载每个文件的时候，都需要简历TCP连接，断开连接这样的步骤，无疑会增加无谓的开销。

为了解决这个问题，HTTP/1.1中增加了持久化连接的方法，它的特点是在一个TCP连接上可以传输多个HTTP请求，只要浏览器或服务器没有明确断开连接，那么该TCP会一直保持。

HTTP的持久化连接可以有效减少TCP连接的次数，可以减少服务器额外的负担，并提升整体HTTP的请求时长。

持久化连接在HTTP/1.1中是默认开启的（ Connection: keep-alive ），如果不需要持久连接，也可以在HTTP请求头加上 Connection：close。目前浏览器对于同一个域名，默认允许同时建立6个TCP持久连接。

2、提供虚拟主机的支持

在HTTP/1.中，每一个域名单独绑定一个唯一的IP地址，因此一个服务器只能支持一个域名，但是随着虚拟主机技术的发展，需要在一个物理机上绑定多个虚拟机，每个虚拟机都有自己单独的域名，这些单独的域名都共用一个IP地址。

3、客户端Cookie、安全机制

四、HTTP/2.0

1、HTTP1.1的主要问题

对贷款的利用不理想，带宽是指每秒能够最大发送或者接收的字节数，每秒能够发送的最大字节数称之为上行带宽，每秒能够接收的最大字节数称之为下行带宽。

之所以说HTTP/1.1对带宽的利用率不理想，比如我们装的100M带宽，实际下载速度能达到12.5M/S，而采用HTTP/1.1时，也许再加载页面资源时最大只能使用 2.5M/s,很难讲12.5M全部用满。

之所以出现这个问题主要是以下三个原因导致的。

1. TCP的慢启动

TCP建立连接之后，就进入发送数据状态，刚开始TCP协议会采用一个非常慢的速度去发送数据，然后慢慢加快发送数据的速度，直到发送数据的速度达到一个理想状态，我们把这个过程称为慢启动。
我们可以把每个TCP发送数据的过程看成是一辆车启动的过程，当刚进入公路时，会有从0到一个稳定速度的提速过程，TCP的慢启动就类似于该过程。
慢启动是TCP为了减少网络拥堵的一种策略，我们是没有办法改变的。
之所以说慢启动会带来性能问题，是页面中的一下关键资源本来就不大，如HTML、CSS、JavaScript文件，通常将这些文件在TCP连接建立好以后就要发起请求的，但是这个过程是慢启动，所以耗费的时间比正常时间多很多，这样就推迟了宝贵的首次渲染的时间。

2、同时开启多条TCP连接，那么这些连接会竞争固定的带宽

当系统同时建立多条TCP连接，当带宽充足时，每条连接发送或接受速度会慢慢向上增加;而一旦带宽不足，这些TCP连接又会减慢发送或者接收的速度。
比如一个页面300个文件，使用了3个CDN,那么加载该网页的时候就需要建立6*3，也就是18个TCP连接来下载资源。在下载资源的过程中，当发现带宽不足时，各个TCP连接就需要动态减慢接收数据的速度。

这样就会出现一个问题，因为有的TCP连接下载的是一些关键资源，如CSS文件，JavaScript文件等，而有的TCP连接下载的是图片，视频等普通的资源文件，但是多条TCP连接之间不能协商让那些关键资源优先下载，这样就有可能影响那些关键资源的下载速度。

3、HTTP/1.1队头阻塞问题

HTTP/1.1中使用持久连接时，虽然能公用一个TCP管道，但是在一个管道中同一时刻只能处理一个请求，当前一个请求没有结束之前，其他的请求只能处于阻塞状态。这意味着，我们不能随意在一个管道中发送请求和接收数据。

这是一个很严重的问题，因为阻塞请求的因素有很多，还有一些不确定的因素，加入一个请求被阻塞5s,那么后续排队的请求都要延迟等待5s,这个等待过程就是对CPU和带宽的白白浪费。

浏览器在处理生成页面的过程中，是非常希望能提前接收到数据的。这样就可以对这些数据做预处理操作，比如提前接收到了图片，那么就可以提前进行编解码操作，等到需要使用该图片的时候，就可以直接给出处理后的数据了，这样能让用户感受到整体速度的提升。

但队头阻塞使得这些数据不能并行请求，所以队头阻塞很不利于浏览器优化。

2、HTTP/2 的多路复用

为了规避TCP慢启动和TCP连接之间的竞争问题。

基于此，HTTP/2的思想就是一个域名只使用一个TCP长连接来传输数据，这样整个页面的下载过程只需要一次慢启动，同时避免了多个TCP连接竞争带宽所带来的问题。

另外一个问题就是队头阻塞的问题，等待请求完成后才能去请求下一个资源，这种方式无疑是最慢的，所以HTTP/2需要实现资源的并行请求，也就是任何时候都可以将请求发送给服务器，而并不需要等待其他请求的完成。服务器也可以随时将处理好的数据返回给浏览器。

所以，HTTP/2的解决方案可以总结为:一个域名只使用一个TCP长连接 消除队头阻塞问题。

该图就是HTTP/2最核心，最重要的最具颠覆性的就是多路复用机制。从上图可以看到每个请求都有一个 对应的ID,如stream1对应index.html的请求，stream2表 示foo.cs请求。这样在浏览器端，就可以随时将请求发送服务器了。

服务器接收到这些请求后，会根据自己的喜好来决定优先返回那些内容。比如服务器可能早就缓存好了index.html和bar.js的响应头信息，那么当接收到请求时就可以立即把index.html和bar.js的响应头信息返回给浏览器，然后再将index.html和bar.js的响应体数据返回给浏览器。之所以可以随意发送，是因为每份数据都有对应的ID，浏览器接收到之后，会帅选出对应ID的内容，并拼接为完整的HTTP响应数据。

HTTP/2使用了多路复用技术，可以将请求分成一帧一帧的数据去传输，这样带来了一个额外的好处，就是当收到一个优先级高的请求时，比如接收到JavaScript或者CSS关键资源的请求，服务器可以暂停之前的请求来优先处理关键资源的请求。

多路复用的实现

 二进制分帧层

1、浏览器准备好请求数据，包括请求行，请求头信息，如果是POST方法，那么还要请求体。

2、这些数据经过二进制分帧层处理后，会被转换为一个个带有请求ID编号的帧，通过协议栈将这些发送给服务器

3、服务器接收到所有帧之后，会将所有相同ID的帧合并为一条完整的请求信息。

4、之后服务器处理该请求，将处理的响应行，响应头和响应体分别发送至二进制分帧层。

5、同样，二进制层会将这些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之后，会根据ID编号将帧的数据提交给对应的请求。

从以上流程可以看出，通过引入二进制分帧层，就实现了HTTP的多路复用技术。

HTTP/2 的其他特性

多路复用是HTTP/2最核心的功能，它能实现资源的并行传输，多路复用的技术使建立在二进制分帧层的基础之上。基于二进制分帧层，HTTP/2还实现其他很多功能。

1、可以设置的优先级

浏览器中有些数据是非常重要的。但是可能存在以下请求，发送请求时，重要的请求可能会晚于那些不怎么重要的请求，如果服务器按照请求顺序来回复数据，那么那个重要的数据可能会推迟很久才能送达浏览器，这对用用户体验非常不好。
为了解决这个问题，HTTP/2提供了请求优先级，可以在发送数据时，标上该请求的优先级，这样服务器接收到请求之后，会优先处理优先级高的请求。

2、服务器推送

除了设置请求的优先级，HTTP/2还可以直接将数据提前推送给浏览器。想象以下场景，用用户请求一个HTML页面之后，服务器知道该HTML页面会引用几个重要的JavaScript文件和CSS文件，那么在接收到HTML请求之后，附带将要使用的CSS文件和JavaScript文件一并发送给浏览器，这样当浏览器解析完HTML文件之后，就能直接拿到需要的CSS文件和JavaScript文件，这样可以加快页面的打开速度。

3、头部压缩

HTTP/2对请求头和响应头进行了压缩。你可能觉得一个HTTP的头部文件没有多个，压缩不压缩也没关系，但是你可以想一下，在浏览器发送请求的时候，基本上都是发送HTTP请求头，很少发送请求体，通信清晰下也没也有100个左右的资源，如果将这100个请求头的数据压缩为原来的20%，那么传输效率肯定能得到大幅提升。