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2021-02-01 21:31

1989 年，万维网诞生之后，HTTP 迅速成为主导世界的应用层协议。在今天，几乎任何场景都或多或少用到了 HTTP 协议。

在 30 多年的历史中，HTTP 协议本身有比较大的发展，同时，还有一些重大的变动也在酝酿之中。这些演化使得这个协议的表现力更强，性能更好，更能满足日新月异的应用需求。本文就来回顾和展望一下 HTTP 的历史和未来。

  • HTTP/0.9
  • HTTP/1.0
  • HTTP/1.1
  • HTTP/2
  • HTTP/3

HTTP/0.9

HTTP/0.9 诞生于 1991 年，是 HTTP 协议的最初版，构造十分简单：

  • 请求端只支持 GET 请求
  • 响应端只能返回 HTML 文本数据
GET /index.html

  
    Hello World

请求示意图如下：

HTTP/0.9

可以看到，HTTP/0.9 只能发送 GET 请求，且每一个请求都单独创建一个 TCP 连接，响应端只能返回 HTML 格式的数据，响应完成之后 TCP 请求断开。

这样的请求方式虽然能够满足当时的使用需求，但也还是暴露出了一些问题。

HTTP/0.9 痛点：

  • 请求方式唯一，返回格式唯一
  • TCP 连接无法复用

HTTP/1.0

HTTP/1.0 诞生于 1996 年，它在 HTTP/0.9 的基础上，增加了 HTTP 头部字段，极大扩展了 HTTP 的使用场景。这个版本的 HTTP 不仅可以传输文字，还能传输图像、视频、二进制文件，为互联网的迅速发展奠定了坚实的基础。

核心特点如下：

  • 请求端增加 HTTP 协议版本，响应端增加状态码。
  • 请求方法增加 POST、HEAD。
  • 请求端和响应端增加头部字段。
    • Content-Type 让响应数据不只限于超文本。
    • Expires、Last-Modified 缓存头。
    • Authorization 身份认证。
    • Connection: keep-alive 支持长连接，但非标准。
GET /mypage.html HTTP/1.0
User-Agent: NCSA_Mosaic/2.0 (Windows 3.1)
200 OK
Date: Tue, 15 Nov 1994 08:12:31 GMT
Server: CERN/3.0 libwww/2.17
Content-Type: text/html


  
    Hello World

请求示意图如下：

HTTP/1.0

可以看到，HTTP/1.0 扩展了请求方法和响应状态码，并且支持定义 HTTP 头部字段，通过 Content-Type 头，我们就能传输任何格式的数据了。同时可以看出，HTTP/1.0 仍然是一个请求对应一个 TCP 连接，不能形成复用。

HTTP/1.0 痛点：

  • TCP 连接无法复用。
  • HTTP 队头阻塞，一个 HTTP 请求响应结束之后，才能发起下一个 HTTP 请求。
  • 一台服务器只能提供一个 HTTP 服务。

HTTP/1.1

HTTP/1.1 诞生于 1999 年，它进一步完善了 HTTP 协议，一直用到了 20 多年后的今天，仍然是使用最广的 HTTP 版本。

核心特点如下：

  • 持久连接。

    • HTTP/1.1 默认开启持久连接，在 TCP 连接建立后不立即关闭，让多个 HTTP 请求得以复用。

  • 管线化技术。

    • HTTP/1.1 中，多个 HTTP 请求不用排队发送，可以批量发送，这就解决了 HTTP 队头阻塞问题。但批量发送的 HTTP 请求，必须按照发送的顺序返回响应，相当于问题解决了一半，仍然不是最佳体验。

  • 支持响应分块。

    • HTTP/1.1 实现了流式渲染，响应端可以不用一次返回所有数据，可以将数据拆分成多个模块，产生一块数据，就发送一块数据，这样客户端就可以同步对数据进行处理，减少响应延迟，降低白屏时间。
    • Bigpipe 的实现就是基于这个特性，具体是通过定义 Transfer-Encoding 头来实现的。

  • 增加 Host 头。

    • HTTP/1.1 实现了虚拟主机技术，将一台服务器分成若干个主机，这样就可以在一台服务器上部署多个网站了。
    • 通过配置 Host 的域名和端口号，即可支持多个 HTTP 服务：Host: :

  • 其他扩展。

    • 增加 Cache-Control、E-Tag 缓存头。
    • 增加 PUT、PATCH、HEAD、 OPTIONS、DELETE 请求方法。
GET /en-US/docs/Glossary/Simple_header HTTP/1.1
Host: developer.mozilla.org
User-Agent: Mozilla/5.0 (Macintosh; Intel Mac OS X 10.9; rv:50.0) Gecko/20100101 Firefox/50.0
Accept: text/html,application/xhtml+xml,application/xml;q=0.9,*/*;q=0.8
Accept-Language: en-US,en;q=0.5
Accept-Encoding: gzip, deflate, br
Referer: https://developer.mozilla.org/en-US/docs/Glossary/Simple_header
200 OK
Connection: Keep-Alive
Content-Encoding: gzip
Content-Type: text/html; charset=utf-8
Date: Wed, 20 Jul 2016 10:55:30 GMT
Etag: "547fa7e369ef56031dd3bff2ace9fc0832eb251a"
Keep-Alive: timeout=5, max=1000
Last-Modified: Tue, 19 Jul 2016 00:59:33 GMT
Server: Apache
Transfer-Encoding: chunked
Vary: Cookie, Accept-Encoding


  
    Hello World

请求示意图如下：

HTTP/1.1

可以看到，HTTP/1.1 可以并行发起多个请求，并且也能复用同一个 TCP 连接，传输效率得到了提升。但响应端只能按照发送的顺序进行返回，为此很多浏览器会为每个域名至多打开 6 个连接，用增加队列的方式减少 HTTP 队头阻塞。

HTTP/1.1 痛点：

  • HTTP 队头阻塞没有彻底解决，响应端必须按照 HTTP 的发送顺序进行返回，如果排序靠前的响应特别耗时，则会阻塞排序靠后的所有响应。

HTTP/2

HTTP/2 诞生于 2015 年，它的最大的特点是 All in 二进制，基于二进制的特性，对 HTTP 传输效率进行了深度优化。

HTTP/2 将一个 HTTP 请求划分为 3 个部分：

  • 帧：一段二进制数据，是 HTTP/2 传输的最小单位。
  • 消息：一个请求或响应对应的一个或多个帧。
  • 数据流：已建立的连接内的双向字节流，可以承载一条或多条消息。
HTTP/2 数据流、消息和帧

图中可以看到，一个 TCP 连接上有多个数据流，一个数据流承载着双向消息，一条消息包含了多个帧，每个帧都有唯一的标识，指向所在的数据流，来自不同数据流的帧可以交错发送，然后再根据每个帧头的数据流标识符重新组装，这样就实现了数据传输。

HTTP/2 核心特点如下：

  • 请求优先级
    • 多个 HTTP 请求同时发送时，会产生多个数据流，数据流中有一个优先级的标识，服务器端可以根据这个标识来决定响应的优先顺序。
  • 多路复用
    • TCP 传输时，不用按照 HTTP 的发送顺序进行响应，可以交错发送，接收端根据帧首部的标识符，就能找到对应的流，进而重新组合得到最终数据。
  • 服务器端推送
    • HTTP/2 允许服务器未经请求，主动向客户端发送资源，并缓存到客户端中，以避免二次请求。
    • HTTP/1.1 中请求一个页面时，浏览器会先发送一个 HTTP 请求，然后得到响应的 HTML 内容并开始解析，如果发现有