HTTP协议发展介绍

HTTP协议工作于C/S架构上，是万维网服务器传输超文本到本地客户端的一种应用层协议，全称是：Hyper Text Transfer Protocol(超文本传输协议)，HTTP是基于TCP/IP通信协议来传递数据的。HTTP于1990年被提出，由于其简洁性、快速性等特点，被广泛应用，并且经过不断的完善和发展，功能也越来越强大，目前已经发展到HTTP/2版本。

一. HTTP/0.9

最早版本发布于1991年，功能极其简单，不涉及数据包的传输，默认使用80端口，只有一个GET请求方法，且服务器只能响应HTML格式的字符串，服务器响应后即关闭连接。

请求:

GET /index.html

响应

<html>

	<body>

		hello world

	</bocy>

</html>

二. HTTP/1.0

1996年5月，HTTP/1.0发布，引入了POST和HEAD命令，大大增强了交互功能，任何格式的内容都可以发送，为互联网的大发展奠定了基础；同时，除了数据部分，每次通信还要求包含头信息（HTTP header），来描述一些meta数据。

新增功能还包括：状态吗（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。

请求格式：

GET / HTTP/1.0

User-Agent: Mozilla/5.0 (Macintosh; Intel Mac OS X 10_11_5)

Accept: */*

可以看到，请求行末尾添加了协议版本号，后面是协议头的信息，描述客户端的情况。

其中，Accept: */*表明客户端接收任何类型的数据

响应格式：

HTTP/1.0 304 Not Modified

Cache-Control	max-age=0, must-revalidate

Date	Fri, 10 Feb 2017 06:24:38 GMT

Server	apache

Connection	Keep-alive

<html>

	<body>

		hello world

	</body>

</html>

可以看到回应的数据的：头信息 + 一个空行 + 数据。其中，第一行是状态行，格式为：协议版本 + 状态码 + 状态描述。

常用字段介绍：

1. Content-Type

1.0版规定，头信息必须是ASCII码，后面的数据可以是任何格式，因此，服务器在响应的时候，也要告诉客户端，数据是什么格式。下面是Content-Type字段的常用值：

text/plain

text/html

text/css

image/jpeg

image/png

image/svg+xml

audio/mp4

video/mp4

application/javascript

application/pdf

application/zip

application/atom+xml

另外，这些数值统称为MIME type，每个值包括一级类型和二级类型，之间用斜杠分隔，用户也可以自定义该类型，还可以在尾部使用分号，添加参数。

Content-Type: text/html; charset=utf-8

上面的代码表示，发送的是网页，并且编码是的UTF-8格式。

Accept: */*

上面的代码表示客户端可以接受任何格式的数据。

2. Content-Encoding

发送的数据还可以被压缩后再发送，该字段说明了数据压缩的方法。

Content-Encoding: gzip

Content-Encoding: compress

Content-Encoding: deflate

客户端还可以在请求时，用Accept-Encoding字段说明自己可以接受哪些压缩方法。

Accept-Encoding: gzip, deflate

缺点

HTTP/1.0版的主要缺点是，由于TCP的每次连接都需要客户端和服务端进行3次握手，但是连接成功后只能发送一次请求，然后连接就断开了，如果需要多次请求，这样效率就很低。但是，为了解决多次请求效率低下的问题，有一个非标准的connection字段暂时解决了该问题。

Connection: keep-alive

这样就可以复用TCP连接，直到客户端或者服务端主动关闭连接。但是这不是标志字段，不同的实现可能行为不一致，所以是一种暂时的解决方案。

三. HTTP/1.1

1997年1月，HTTP/1.1版本发布，它进一步完善了HTTP协议，一直到今天还在使用，是最流行的版本；HTTP/1.1新增了许多特性：

新增功能介绍：

1.持久连接

HTTP/1.1默认TCP连接不关闭，可以被多个请求复用，不用声明Connection: keep-alive。客户端可以在最后一个请求时，主动发送Connection: close，明确要求服务器关闭TCP连接，或者不发送，那么客户端和服务器发现对方一段时间没有活动，就会主动关闭连接。目前，对于同一个域名，大多数浏览器允许同时建立6个持久连接。

Connection: close

2.管道机制

HTTP/1.1引入了管道机制（pipelining），即在同一个TCP连接里面，客户端可以同时发送多个请求，这样只是改进了客户端HTTP协议请求的效率，服务器还是按照请求的先后顺序来响应。

3.Content-Length

Content-Length字段显示本次响应的数据长度，如果数据被压缩，则是压缩后的长度。在Connection: keep-alive条件下，Content-Length是必须的；反之，和HTTP/1.0一样，Content-Length不是必须的。

4.分块传输编码

使用Content-Lenght字段的前提条件是，服务器发送响应之前，必须知道响应的数据长度。但是，对于一些耗时的动态操作来说，服务器要等到所有操作完成后，才能发送数据，效率不高。因此，HTTP采用了“流模式（stream）”，即“分块传输编码”（chunked transfer encoding）方式，表明响应的数据长度未定，这样就可以产生一块数据，就发送一块数据，提高服务器的响应效率。

Transfer-Encoding: chunked

这样，只要请求或响应的头信息里有Transfer-Encoding字段，就表明响应将由数量未定的数据组成。

每个非空的数据块之前，都会有一个16禁止的数值，表示这个块的长度；最后一个是大小为0的块，表示本次响应数据发送完了。

HTTP/1.1 200 OK

Content-Type: text/plain

Transfer-Encoding: chunked

25

This is the data in the first chunk

1C

and this is the second one

3

con

8

sequence

0

5.其它特性

新增了许多的请求方式：PUT、PATCH、OPTIONS、DELETE、TRACE，还增加了Host字段，用来指定服务器的域名，就可以把同一请求发送给不同的网站，为虚拟主机的发展奠定了基础。

缺点

虽然HTTP/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"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。

四. HTTP/2

2015年，HTTP/2发布，主要解决了HTTP1.1的效率不高的问题，新增了二进制协议、多工、数据流、头信息压缩等等功能，具体介绍如下：

1.二进制协议

HTTP/2是一个彻底的二进制协议，头信息和数据都是二进制，统称为帧（frame）：头信息帧和数据帧。二进制的优势是：可以定义额外的帧，以适应未来更高级的应用。

2.多工

HTTP/2复用TCP连接，客户端和服务器都可以同时发送多个请求或响应，不用按照顺序一一对应，避免了对头堵塞，实现了双向的、实时的通信。

3.数据流

HTTP/2定义每个请求或响应的所有数据为一个数据流（stream），每个数据流都有一个唯一的编号，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。协议规定：客户端发出的数据流的ID位奇数，服务器发出的数据流ID为偶数。

另外，数据流发送过程中，客户端和服务器都可以随时发送信号而不用关闭TCP连接，以便其它请求使用。但是HTTP1.1就不行，它取消请求的方式必须的关闭连接。HTTP/2还指定了数据流的优先级，优先级越高，服务器就优先处理。

4.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。

5.服务器推送

HTTP/2允许服务器主动向客户端发送资源，主要是服务器经过预测，把一些客户端可能请求的资源主动发送给客户端，提高用户体验。

本文主要参考阮一峰的HTTP协议入门，版权归阮一峰所有。

参考资料