HTTP

HTTP

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1、概念

HyperText Transfer Protocol（超文本传输协议）

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基于 TCP，无状态，默认端口是 80，HTTPS 是 443

无状态：每个HTTP请求独立，不保存客户端的状态信息。

如何实现有状态的应用：

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1、Cookie：服务器发送小数据片段存储在客户端，每次请求自动发送：
2、Session：服务器端存储状态，通过 Session ID 识别客户端
3、Token：如 JWT，将状态信息编码到令牌中由客户端保存
4、URL附加状态
5、隐藏表单字段

2、和TCP的关系

🌼💎TCP 连接的建立总是先于 HTTP 请求

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HTTP 应用层协议：
	依赖于下层TCP提供的可靠传输，定义web通信的语义和格式，规定了客户端和服务器之间如何交互
TCP 传输层协议：
	可靠的面向连接的字节流服务，数据分段、传输和重组，按需到达不丢失
特性 TCP HTTP
协议层 传输层 应用层
主要功能 可靠数据传输 定义Web资源请求/响应的格式和语义
连接方式 面向连接（三次握手） 无连接（基于TCP连接）
数据单位 数据段（segment） 消息（message）

面向连接：

发送方和接收方之间通过三次握手建立的逻辑通信链路

具体来说，这个连接包含以下核心要素：

  • 双方需记录彼此的 IP 地址、端口号，以及传输过程中的序列号、确认号、窗口大小等状态信息（保存在各自的 TCP 连接表中）。
  • 连接建立后，双方才能基于这些状态进行有序、可靠的数据传输（如通过序列号保证顺序，通过确认机制保证不丢失）。
  • 连接是 “双向的”，允许双方同时发送和接收数据，且传输结束后需通过四次挥手主动关闭，释放相关状态资源。

数据分段、传输和重组：

  • TCP 负责将应用层的数据（如 HTTP 请求和响应）分割成多个较小的段（TCP 报文段），每个段包含 TCP 头部和数据部分。
  • 这些段通过网络传输到目标端点后，TCP 会将它们重新组合成原始的数据流，确保数据的完整性和顺序。

3、HTTP/1.1 相比 HTTP/1.0 有哪些改进？

1. 持久连接

  • HTTP/1.0：每个请求/响应都需要新建和关闭一个 TCP 连接，三次握手/四次挥手开销
  • HTTP/1.1：默认启用 Connection: keep-alive，单个 TCP 连接可复用处理多个请求

2. 流水线

  • HTTP/1.0：严格串行，必须等上一个请求完成才能发送下一个请求（队头阻塞）。
  • HTTP/1.1：支持管道化，允许客户端无需等待响应即可发送多个请求（但服务器必须按顺序返回响应，仍存在队头阻塞问题）。

3. 分块传输编码

  • HTTP/1.0：必须通过 Content-Length 提前知道响应体大小，否则无法传输动态生成的内容。
  • HTTP/1.1：允许服务器将响应体分成多个块（chunks）依次发送给客户端，每个块都有自己的大小信息

4. 缓存控制增强

  • HTTP/1.0：仅依赖 Expires 头控制缓存
  • HTTP/1.1：新增 Cache-Control（如 max-age、no-cache表示资源需要在使用前验证其有效性）、ETag、Last-Modified 等更精细的缓存策略。

5. 主机头（Host ）支持

  • HTTP/1.0：一个 IP 只能绑定一个域名，无法支持虚拟主机。
  • HTTP/1.1：强制要求请求头包含 Host: example.com，多个网站可以共享同一个 IP 地址（虚拟主机）。

6. 状态码扩展

  • HTTP/1.0：仅支持部分状态码（如 200、404、500）。
  • HTTP/1.1：新增状态码如：
    • 100 Continue（客户端可先发请求头，确认后再发请求体）
    • 206 Partial Content（支持断点续传）
    • 307 Temporary Redirect（临时重定向）

7. 带宽优化

  • HTTP/1.0：不支持范围请求。
  • HTTP/1.1：通过 Range 和 Accept-Ranges 头支持断点续传（如大文件下载）。

8. 其他改进

  • 新增方法：OPTIONS（查询服务器支持的方法）、PUT、DELETE、TRACE 等。

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    OPTIONS：查询服务器支持的 HTTP 方法。
    PUT：上传资源到服务器，用于创建或更新资源。
    DELETE：删除服务器上的资源。
    TRACE：回显客户端发送的请求，用于调试。

局限性

虽然 HTTP/1.1 显著提升了性能，但仍存在：

  1. 队头阻塞（Head-of-Line Blocking）：管道化中一个慢请求会阻塞后续请求。
  2. 冗余头部：每个请求都携带完整的头部（如 Cookie），未压缩。
  3. 并发限制：浏览器对同一域名限制 TCP 连接数（通常 6-8 个）。

4、HTTP/2 有哪些新特性

1. 二进制分帧（Binary Framing）

  • HTTP/1.1：基于文本格式（明文），解析复杂且容易出错
  • HTTP/2：将请求/响应分解为二进制帧（Frame），帧头包含帧的类型、长度、标志等信息，帧体包含实际的数据。
  • 优势：更高效解析

2. 多路复用（Multiplexing）

  • HTTP/1.1：管道化仍有队头阻塞问题，并发需多个 TCP 连接。
  • HTTP/2：单个 TCP 连接上并行传输多个请求/响应，帧通过流（Stream）标识归属。每个流代表一个请求/响应对。
  • 优势：
    • 彻底解决队头阻塞
    • 减少 TCP 连接数

3. 头部压缩（HPACK）

  • HTTP/1.1：每次请求重复发送冗余头部（如 Cookie、User-Agent）。
  • HTTP/2：使用 HPACK 算法压缩头部：
    • 静态字典（预定义常用头部字段）
    • 动态字典（缓存自定义字段）
    • Huffman 编码，字段更短的二进制

4. 服务器推送（Server Push）

  • HTTP/1.1：客户端需主动请求所有资源（如 CSS、JS）。

  • HTTP/2：服务器可主动推送客户端可能需要的资源。

    • 例如：请求 index.html 时，服务器直接推送 style.css。

  • 优势：减少往返延迟（RTT），提升页面加载速度。

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    RTT：从发送方发送数据开始，到接收方返回响应数据为止的总时间。

5. 流优先级（Stream Prioritization）

  • HTTP/1.1：资源加载顺序由浏览器猜测（如 CSS 优先）。
  • HTTP/2：客户端可为流设置优先级和依赖关系：
    • 例如：优先加载 HTML，CSS 依赖 HTML，图片优先级最低。
  • 优势：优化关键渲染路径，提升用户体验。

6. 其他改进

  • 流量控制：基于流的流量控制（类似 TCP 滑动窗口）。
  • 更安全的默认：要求 TLS（加密）虽然不是强制，但主流浏览器只支持 HTTP/2 over HTTPS。
  • 协议升级机制：通过 Upgrade 头或 ALPN（TLS 扩展）协商。

HTTP/2 的局限性

  1. 仍依赖 TCP：TCP 层的队头阻塞问题未解决（丢包重传会阻塞所有流）。
  2. 服务器推送的采用率低：难以准确预测客户端需要的资源。

5、HTTP3

  • HTTP/3：基于 QUIC（Quick UDP Internet Connections）
    • 运行在 UDP 之上（而非 TCP）
    • 内置 **TLS **加密
    • 实现可靠传输的替代方案

① 零 RTT 连接建立：在首次握手后实现零 RTT 的连接建立

② 彻底解决队头阻塞：

  • HTTP/2 的局限：虽然应用层多路复用，但 TCP 层仍有队头阻塞
  • HTTP/3 方案：
    • 每个流（Stream）独立传输
    • 单个数据包丢失只影响其所属流

③ 连接迁移

  • 移动端痛点：WiFi 切 4G 需要重建 TCP 连接
  • HTTP/3 方案：使用连接 ID（而非 IP+端口）标识连接，网络切换时无需重新握手

④ 前向纠错（FEC）：发送冗余数据包，在丢包时无需重传即可恢复

6、HTTP缓存

强缓存（浏览器不发请求）：

  • Cache-Control: max-age=3600
  • Expires

协商缓存（请求发出，看是否修改）：

  • ETag + If-None-Match
  • Last-Modified + If-Modified-Since