HTTP 协议入门
作者： 阮一峰
日期： 2016年8月19日
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HTTP 协议是互联网的基础协议，也是网页开发的必备知识，最新版本 HTTP/2 更是让它成为技术热点。
本文介绍 HTTP 协议的历史演变和设计思路。
一、HTTP/0.9
HTTP 是基于 TCP/IP 协议的应用层协议。它不涉及数据包（packet）传输，主要规定了客户端和服务器之间的通信格式，默认使用80端口。
最早版本是1991年发布的0.9版。该版本极其简单，只有一个命令GET。
GET /index.html
上面命令表示，TCP 连接（connection）建立后，客户端向服务器请求（request）网页index.html。
协议规定，服务器只能回应HTML格式的字符串，不能回应别的格式。
<html>
<body>Hello World</body>
</html>
服务器发送完毕，就关闭TCP连接。
二、HTTP/1.0
2.1 简介
1996年5月，HTTP/1.0 版本发布，内容大大增加。
首先，任何格式的内容都可以发送。这使得互联网不仅可以传输文字，还能传输图像、视频、二进制文件。这为互联网的大发展奠定了基础。
其次，除了GET命令，还引入了POST命令和HEAD命令，丰富了浏览器与服务器的互动手段。
再次，HTTP请求和回应的格式也变了。除了数据部分，每次通信都必须包括头信息（HTTP header），用来描述一些元数据。
其他的新增功能还包括状态码（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。
2.2 请求格式
下面是一个1.0版的HTTP请求的例子。
GET / HTTP/1.0
User-Agent: Mozilla/5.0 (Macintosh; Intel Mac OS X 10_10_5)
Accept: */*
可以看到，这个格式与0.9版有很大变化。
第一行是请求命令，必须在尾部添加协议版本（HTTP/1.0）。后面就是多行头信息，描述客户端的情况。
2.3 回应格式
服务器的回应如下。
HTTP/1.0 200 OK
Content-Type: text/plain
Content-Length: 137582
Expires: Thu, 05 Dec 1997 16:00:00 GMT
Last-Modified: Wed, 5 August 1996 15:55:28 GMT
Server: Apache 0.84
<html>
<body>Hello World</body>
</html>
回应的格式是"头信息 + 一个空行（\r\n） + 数据"。其中，第一行是"协议版本 + 状态码（status code） + 状态描述"。
2.4 Content-Type 字段
关于字符的编码，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，服务器回应的时候，必须告诉客户端，数据是什么格式，这就是Content-Type字段的作用。
下面是一些常见的Content-Type字段的值。
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
这些数据类型总称为MIME type，每个值包括一级类型和二级类型，之间用斜杠分隔。
除了预定义的类型，厂商也可以自定义类型。
application/vnd.debian.binary-package
上面的类型表明，发送的是Debian系统的二进制数据包。
MIME type还可以在尾部使用分号，添加参数。
Content-Type: text/html; charset=utf-8
上面的类型表明，发送的是网页，而且编码是UTF-8。
客户端请求的时候，可以使用Accept字段声明自己可以接受哪些数据格式。
Accept: */*
上面代码中，客户端声明自己可以接受任何格式的数据。
MIME type不仅用在HTTP协议，还可以用在其他地方，比如HTML网页。
<meta http-equiv="Content-Type" content="text/html; charset=UTF-8" />
<!-- 等同于 -->
<meta charset="utf-8" />
2.5 Content-Encoding 字段
由于发送的数据可以是任何格式，因此可以把数据压缩后再发送。Content-Encoding字段说明数据的压缩方法。
Content-Encoding: gzip
Content-Encoding: compress
Content-Encoding: deflate
客户端在请求时，用Accept-Encoding字段说明自己可以接受哪些压缩方法。
Accept-Encoding: gzip, deflate
2.6 缺点
HTTP/1.0 版的主要缺点是，每个TCP连接只能发送一个请求。发送数据完毕，连接就关闭，如果还要请求其他资源，就必须再新建一个连接。
TCP连接的新建成本很高，因为需要客户端和服务器三次握手，并且开始时发送速率较慢（slow start）。所以，HTTP 1.0版本的性能比较差。随着网页加载的外部资源越来越多，这个问题就愈发突出了。
为了解决这个问题，有些浏览器在请求时，用了一个非标准的Connection字段。
Connection: keep-alive
这个字段要求服务器不要关闭TCP连接，以便其他请求复用。服务器同样回应这个字段。
Connection: keep-alive
一个可以复用的TCP连接就建立了，直到客户端或服务器主动关闭连接。但是，这不是标准字段，不同实现的行为可能不一致，因此不是根本的解决办法。
三、HTTP/1.1
1997年1月，HTTP/1.1 版本发布，只比 1.0 版本晚了半年。它进一步完善了 HTTP 协议，一直用到了20年后的今天，直到现在还是最流行的版本。
3.1 持久连接
1.1 版的最大变化，就是引入了持久连接（persistent connection），即TCP连接默认不关闭，可以被多个请求复用，不用声明Connection: keep-alive。
客户端和服务器发现对方一段时间没有活动，就可以主动关闭连接。不过，规范的做法是，客户端在最后一个请求时，发送Connection: close，明确要求服务器关闭TCP连接。
Connection: close
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。
3.2 管道机制
1.1 版还引入了管道机制（pipelining），即在同一个TCP连接里面，客户端可以同时发送多个请求。这样就进一步改进了HTTP协议的效率。
举例来说，客户端需要请求两个资源。以前的做法是，在同一个TCP连接里面，先发送A请求，然后等待服务器做出回应，收到后再发出B请求。管道机制则是允许浏览器同时发出A请求和B请求，但是服务器还是按照顺序，先回应A请求，完成后再回应B请求。
3.3 Content-Length 字段
一个TCP连接现在可以传送多个回应，势必就要有一种机制，区分数据包是属于哪一个回应的。这就是Content-length字段的作用，声明本次回应的数据长度。
Content-Length: 3495
上面代码告诉浏览器，本次回应的长度是3495个字节，后面的字节就属于下一个回应了。
在1.0版中，Content-Length字段不是必需的，因为浏览器发现服务器关闭了TCP连接，就表明收到的数据包已经全了。
3.4 分块传输编码
使用Content-Length字段的前提条件是，服务器发送回应之前，必须知道回应的数据长度。
对于一些很耗时的动态操作来说，这意味着，服务器要等到所有操作完成，才能发送数据，显然这样的效率不高。更好的处理方法是，产生一块数据，就发送一块，采用"流模式"（stream）取代"缓存模式"（buffer）。
因此，1.1版规定可以不使用Content-Length字段，而使用"分块传输编码"（chunked transfer encoding）。只要请求或回应的头信息有Transfer-Encoding字段，就表明回应将由数量未定的数据块组成。
Transfer-Encoding: chunked
每个非空的数据块之前，会有一个16进制的数值，表示这个块的长度。最后是一个大小为0的块，就表示本次回应的数据发送完了。下面是一个例子。
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
3.5 其他功能
1.1版还新增了许多动词方法：PUT、PATCH、HEAD、 OPTIONS、DELETE。
另外，客户端请求的头信息新增了Host字段，用来指定服务器的域名。
Host: www.example.com
有了Host字段，就可以将请求发往同一台服务器上的不同网站，为虚拟主机的兴起打下了基础。
3.6 缺点
虽然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、SPDY 协议
2009年，谷歌公开了自行研发的 SPDY 协议，主要解决 HTTP/1.1 效率不高的问题。
这个协议在Chrome浏览器上证明可行以后，就被当作 HTTP/2 的基础，主要特性都在 HTTP/2 之中得到继承。
五、HTTP/2
2015年，HTTP/2 发布。它不叫 HTTP/2.0，是因为标准委员会不打算再发布子版本了，下一个新版本将是 HTTP/3。
5.1 二进制协议
HTTP/1.1 版的头信息肯定是文本（ASCII编码），数据体可以是文本，也可以是二进制。HTTP/2 则是一个彻底的二进制协议，头信息和数据体都是二进制，并且统称为"帧"（frame）：头信息帧和数据帧。
二进制协议的一个好处是，可以定义额外的帧。HTTP/2 定义了近十种帧，为将来的高级应用打好了基础。如果使用文本实现这种功能，解析数据将会变得非常麻烦，二进制解析则方便得多。
5.2 多工
HTTP/2 复用TCP连接，在一个连接里，客户端和浏览器都可以同时发送多个请求或回应，而且不用按照顺序一一对应，这样就避免了"队头堵塞"。
举例来说，在一个TCP连接里面，服务器同时收到了A请求和B请求，于是先回应A请求，结果发现处理过程非常耗时，于是就发送A请求已经处理好的部分， 接着回应B请求，完成后，再发送A请求剩下的部分。
这样双向的、实时的通信，就叫做多工（Multiplexing）。
5.3 数据流
因为 HTTP/2 的数据包是不按顺序发送的，同一个连接里面连续的数据包，可能属于不同的回应。因此，必须要对数据包做标记，指出它属于哪个回应。
HTTP/2 将每个请求或回应的所有数据包，称为一个数据流（stream）。每个数据流都有一个独一无二的编号。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。另外还规定，客户端发出的数据流，ID一律为奇数，服务器发出的，ID为偶数。
数据流发送到一半的时候，客户端和服务器都可以发送信号（RST_STREAM帧），取消这个数据流。1.1版取消数据流的唯一方法，就是关闭TCP连接。这就是说，HTTP/2 可以取消某一次请求，同时保证TCP连接还打开着，可以被其他请求使用。
客户端还可以指定数据流的优先级。优先级越高，服务器就会越早回应。
5.4 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。
5.5 服务器推送
HTTP/2 允许服务器未经请求，主动向客户端发送资源，这叫做服务器推送（server push）。
常见场景是客户端请求一个网页，这个网页里面包含很多静态资源。正常情况下，客户端必须收到网页后，解析HTML源码，发现有静态资源，再发出静态资源请求。其实，服务器可以预期到客户端请求网页后，很可能会再请求静态资源，所以就主动把这些静态资源随着网页一起发给客户端了。
六、参考链接
Journey to HTTP/2, by Kamran Ahmed
HTTP, by Wikipedia
HTTP/1.0 Specification
HTTP/2 Specification
（完）
文档信息
版权声明：自由转载-非商用-非衍生-保持署名（创意共享3.0许可证）
发表日期： 2016年8月19日
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留言（61条）
bones7456 说：
搞个打赏吧，这篇文章我愿意付¥9.9。
2016年8月19日 10:08 | # | 引用
武小鹏 说：
一直喜欢看阮老师的博客，这里除了技术外还有很多人文气息，而且还把很多技术知识写的通俗易懂~赞
2016年8月19日 11:42 | # | 引用
scfhao 说：
只服阮老师
2016年8月19日 14:28 | # | 引用
胡子拉碴 说：
赞阮老师
3.2 管道机制翻译成流水线机制更合适，与CPU流水线一个意思
2016年8月20日 09:01 | # | 引用
disguiser 说：
确实通俗易懂,1024个赞,同时很诧异这么基础的知识自己居然一直懵懵懂懂也无心去了解
2016年8月20日 15:28 | # | 引用
杨中刚 说：
深入浅出,怒赞！！
2016年8月20日 18:07 | # | 引用
莊昌達 说：
您好，感謝您用精簡用易懂的方式讓我理解了 http 發展的脈絡
但我想要請問，您最後一點講的 server push 與 近來各種前端框架講到的 universal 的概念（ server render ) 有直接的關聯嗎？ 謝謝麻煩了
2016年8月21日 12:42 | # | 引用
闫晓光 说：
虽然前不久刚看过http协议的文章，不过这一次又学到了一些新东西。
2016年8月22日 08:21 | # | 引用
码龙哥 说：
阮兄务实写作的精神值得学习
2016年8月22日 09:34 | # | 引用
佚名氏 说：
阮老师能够顺道说说 WebSocket 吗？
2016年8月22日 12:07 | # | 引用
二点零 说：
阮老师写得很好，条理很清晰。只是像HTTP这些老生常谈的网络体系，每次看完总觉得还是模糊，对于这些知识，是不是应该感性去理解呢？
2016年8月22日 12:34 | # | 引用
cccc 说：
阮老师能发一下vue.js的教程吗？感觉现在前端工程师已经比较强调互交以及前后端的配合了
2016年8月22日 15:59 | # | 引用
Smart 说：
阮老师，想问您长时间源源不断地输出知识，您的学习途径都有哪些啊？谢谢！
2016年8月22日 16:28 | # | 引用
Steven Li 说：
“HTTP/2 将每个请求或回应的所有数据包，称为一个数据流（stream）。每个数据流都有一个独一无二的编号。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。另外还规定，客户端发出的数据流，ID一律为奇数，服务器发出的，ID为偶数。”
阮老师，你好，我想请教一下，在客户端的数据流以及服务器的响应数据流中，是否带有所对应请求的唯一标识？
2016年8月23日 11:09 | # | 引用
玩笑 说：
赶角阮老师正在恶补 HTTP/2 ？
2016年8月23日 12:25 | # | 引用
AppDays 说：
拜读，作为码农多年，我居然一直没有主动去了解http协议，哎。
2016年8月23日 18:48 | # | 引用
吴建金 说：
通俗易懂，谢谢~
2016年8月24日 14:59 | # | 引用
L 说：
补充：
stack overflow 上有这么一条关于MIME的回答
http://stackoverflow.com/questions/3828352/what-is-a-mime-type
It serves the same purpose on the Internet that file extensions do on Microsoft Windows.
也就是说这个MIME Type就像win上面文件的后缀名一样，让人和浏览器知道这是什么文件，该作什么处理
2016年8月24日 15:58 | # | 引用
Null 说：
引用cccc的发言：
阮老师能发一下vue.js的教程吗？感觉现在前端工程师已经比较强调互交以及前后端的配合了
自己去看文档不就好了 = = 辣么详细
2016年8月24日 18:35 | # | 引用
null 说：
引用Smart的发言：
阮老师，想问您长时间源源不断地输出知识，您的学习途径都有哪些啊？谢谢！
没事多看书 = = 都是《HTTP权威指南》里面的
2016年8月24日 18:36 | # | 引用
null 说：
好的入门教程。
2016年8月25日 11:15 | # | 引用
海东 说：
经常看阮老师的文章，受益匪浅
2016年8月25日 17:53 | # | 引用
刘杰 说：
markkkkkkk，作为一个学后台的对HTTP还停留在GET,POST上实在太挫了
2016年8月26日 00:13 | # | 引用
Michael翔 说：
学到了一些知识，仍然有自己不明白的，希望，以后自己慢慢明白……
2016年8月28日 23:11 | # | 引用
aruko 说：
mark,支持阮一峰老师！！！
2016年8月29日 00:38 | # | 引用
Neo 说：
一如既往的学习你的专注还有认真!
2016年8月29日 22:38 | # | 引用
轻扬 说：
引用cccc的发言：
阮老师能发一下vue.js的教程吗？感觉现在前端工程师已经比较强调互交以及前后端的配合了
vue的官方文档不比阮老师的文章差
2016年8月30日 17:52 | # | 引用
王军 说：
阮老师，
您在管道机制中，提到http1.1已经支持管道机制；在同一个tcp中，可以同时发送多个请求；为什么3.6缺点中却又说，在同一个tcp连接中，必须按照次序发送请求，无法同时发送？这不是自相矛盾吗？
3.2 管道机制
1.1 版还引入了管道机制（pipelining），即在同一个TCP连接里面，客户端可以同时发送多个请求。这样就进一步改进了HTTP协议的效率。
举例来说，客户端需要请求两个资源。以前的做法是，在同一个TCP连接里面，先发送A请求，然后等待服务器做出回应，收到后再发出B请求。管道机制则是允许浏览器同时发出A请求和B请求，但是服务器还是按照顺序，先回应A请求，完成后再回应B请求。
3.6 缺点
虽然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）。
2016年9月 4日 11:30 | # | 引用
小车厂 说：
@王军：
我理解是这样：管道机制下，在同一个时间点，tcp 包含多个请求，但是这些请求有先后的顺序（即使看起来好像是客户端同时发出的，但还是有先后顺序的），服务端在回应的时候就按照这种顺序一一回应。
在您说的里面，应该是按照次序回应请求，而不是发送请求。
个人理解。
2016年9月 8日 09:21 | # | 引用
Wray 说：
写得很清晰，浅显易懂！
2016年10月11日 10:36 | # | 引用
xkoma 说：
写的非常好，简介明了，又能突出重点，收获很大。
2016年10月27日 11:23 | # | 引用
enoorez 说：
从小就喜欢阮老师写的文章,描述的知识,主线逻辑清晰,让人一看就知道哪里是重点,哪里是重点引出的扩展点
2016年10月31日 11:24 | # | 引用
mactec 说：
引用王军的发言：
阮老师，
您在管道机制中，提到http1.1已经支持管道机制；在同一个tcp中，可以同时发送多个请求；为什么3.6缺点中却又说，在同一个tcp连接中，必须按照次序发送请求，无法同时发送？这不是自相矛盾吗？
3.2 管道机制
1.1 版还引入了管道机制（pipelining），即在同一个TCP连接里面，客户端可以同时发送多个请求。这样就进一步改进了HTTP协议的效率。
举例来说，客户端需要请求两个资源。以前的做法是，在同一个TCP连接里面，先发送A请求，然后等待服务器做出回应，收到后再发出B请求。管道机制则是允许浏览器同时发出A请求和B请求，但是服务器还是按照顺序，先回应A请求，完成后再回应B请求。
3.6 缺点
虽然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）。
pipiline 不是同时发request，其实也是有先后的，强调的是不需要等前面的response，server对这些request还是按照顺序一一回应的，边界根据content-length或者长度为0的chunk划分
http 2.0 可以并发地发送/回应request，原因在于可以对数据包标记
2016年11月 1日 14:12 | # | 引用
Rabon 说：
通俗易懂，感谢阮老师的无私分享！
2016年11月10日 15:59 | # | 引用
子挑 说：
阮老师：
我看了你参考的那篇博客文章，关于头信息压缩的部分，原文是这样说的：
Unlike request and response, headers are not compressed in gzip or compress etc formats but there is a different mechanism in place for header compression which is …
我觉得他说的应该是，不同于response和request，headers的信息并不是通过gzip或者compress这种格式压缩的，而是采取了另外一种不同的机制，这个机制是…
2016年11月14日 15:39 | # | 引用
子挑 说：
阮老师：
内个不小心就发送了。话说了半截显得很无理。。。。
然后我去这个网站看了一下https://http2.github.io/http2-spec/#HeaderBlock
里面好像也没有提到header用gzip啥的，直接介绍了那个头信息表。
不知道是不是有哪里看遗漏了，还望老师指点一二。谢谢。
2016年11月14日 15:51 | # | 引用
chris 说：
引用莊昌達的发言：
您好，感謝您用精簡用易懂的方式讓我理解了 http 發展的脈絡
但我想要請問，您最後一點講的 server push 與 近來各種前端框架講到的 universal 的概念（ server render ) 有直接的關聯嗎？ 謝謝麻煩了
我个人的理解是，http2中的server push只是发送过去了静态文件，渲染工作还是浏览器来做，而server render，渲染工作是服务器来做…菜鸟一枚，如有不对，欢迎指正
2016年11月25日 15:31 | # | 引用
wy 说：
引用：一方面，头信息使用gzip或compress压缩后再发送
http2头压缩不是用hpck协议吗？
2017年1月17日 20:53 | # | 引用
王业坤 说：
HTTP/1.1 200 OK
Content-Type: text/plain
Transfer-Encoding: chunked
25（等于十进制37）
This is the data in the first chunk （这是是35个字符）这里多2个字符是多了\r\n?
1C（等于十进制28）
and this is the second one（这是是26个字符）这里多2个字符是多了\r\n?
3（等于十进制3）
con(为什么这里没有多2个字符是多了\r\n)
8（等于十进制8）(为什么这里没有多2个字符是多了\r\n)
sequence
0(为什么这里没有多2个字符是多了\r\n)