HTTP（HyperText Transfer Protocol，超文本传输协议）是互联网上应用最广泛的协议之一，用于客户端（如浏览器）与服务器之间的通信。
一、HTTP发展历程
1. HTTP/0.9（1991年）
- 特点：最早的版本，功能极其简单。
- 仅支持GET方法。
- 无请求头、响应头、状态码。
- 响应只能是纯文本（如HTML）。
- 示例：
GET /index.html
2、HTTP/1.0（1996年，RFC 1945）
- 核心改进：
- 引入请求头和响应头，支持元数据（如Content-Type、User-Agent）。
- 支持多种方法（GET、POST、HEAD）。
- 新增状态码（如200、404）。
- 支持非文本内容（如图片、视频）。
- 问题：
- 高延迟：每次请求需重新建立 TCP 连接，完成后立即关闭。频繁建立连接导致性能开销大。
- 无持久化：无法复用连接，资源利用率低。
- 功能有限：缺乏缓存控制、虚拟主机等功能。
3. HTTP/1.1（1999年，RFC 2616 → 2014年更新为RFC 7230系列）
- 核心改进
- 持久连接（Keep-Alive）：默认复用 TCP 连接，通过 Connection: keep-alive 实现多个请求复用同一连接，减少延迟。
- 管道化（Pipelining）：允许客户端在未收到响应时发送多个请求，但服务器必须按顺序返回响应（队头阻塞问题）。
- 分块传输编码（Chunked Encoding）：支持流式传输，服务器可分块发送动态生成的内容。
- 缓存机制：引入 Cache-Control、ETag、Last-Modified 等头部，优化缓存策略。
- Host 头部：支持虚拟主机（单 IP 托管多个域名）。
- 方法扩展：新增 PUT、DELETE、OPTIONS、TRACE 等方法。
- 缺点
- 队头阻塞（Head-of-Line Blocking）：请求/响应必须按顺序处理，某个请求延迟会影响后续请求。
- 头部冗余：每次请求携带重复的头部信息（如 Cookie、User-Agent），浪费带宽。
4. HTTP/2（2015年，RFC 7540）
- 核心优化：
- 二进制分帧：将数据分解为二进制帧，提升解析效率。
- 多路复用（Multiplexing）：一个连接上并行处理多个请求/响应，解决队头阻塞。
- 头部压缩（HPACK）：减少重复头部字段的体积。
- 服务器推送（Server Push）：服务器主动推送客户端可能需要的资源（如CSS、JS）。
- 流优先级：允许客户端指定请求优先级。
- 流量控制：基于流的流量控制，防止资源占用不均。
- 缺点
- TCP 层的队头阻塞：虽然应用层解决了问题，但 TCP 丢包时仍会导致所有流阻塞（HTTP/3 通过 QUIC 协议解决）。
- 兼容性
- 兼容 HTTP/1.1 的语义（方法、状态码、头部等）。
- 默认基于 HTTPS（TLS 加密），但协议本身不强制加密。
5. HTTP/3（2022年，RFC 9114）
- 核心改进
- 基于 QUIC 协议：弃用 TCP，改用基于 UDP 的 QUIC 协议，彻底解决 TCP 层队头阻塞。
- 0-RTT 连接建立：通过缓存连接密钥，首次访问即可实现 0-RTT（零往返时间）快速建立连接（类似 TCP+TLS 的 1-RTT）。
- 多路复用增强：在 QUIC 协议层实现多路复用，即使部分数据包丢失，其他流仍可继续传输。
- 内建加密：QUIC 强制使用 TLS 1.3，安全性更高。
- 连接迁移：网络切换（如 Wi-Fi 切 4G）时，QUIC 连接 ID 不变，避免 TCP 因 IP/端口变化而断连。
- 前向纠错（FEC）：可选功能，通过冗余数据减少重传延迟。
- 缺点
- UDP 可能被限速：某些网络环境对 UDP 流量有速率限制或防火墙拦截。
- 部署复杂度高：需升级服务器和中间设备（如负载均衡器）以支持 QUIC。
- 兼容性
- 完全兼容 HTTP/2 语义（方法、头部、状态码等）。
- 需要客户端和服务器同时支持 QUIC（如 Chrome、Edge、Nginx、CDN 服务等逐步支持）。
二、HTTP 版本对比
| 特性 | HTTP/1.0 | HTTP/1.1 | HTTP/2 | HTTP/3 |
|---|---|---|---|---|
| 传输层协议 | TCP | TCP | TCP | QUIC（基于 UDP） |
| 连接管理 | 短连接 | 持久连接 | 多路复用单连接 | 多路复用 + QUIC 流 |
| 传输格式 | 文本 | 文本 | 二进制帧 | 二进制帧 + QUIC 包 |
| 头部压缩 | 无 | 无 | HPACK 压缩 | QPACK 压缩 |
| 队头阻塞 | 存在 | 存在（请求/响应顺序） | 应用层解决，TCP 层存在 | 彻底解决（QUIC 流独立） |
| 服务器推送 | 不支持 | 不支持 | 支持 | 支持 |
| 加密强制 | 无 | 无 | 推荐 HTTPS | 强制 TLS 1.3 |
| 连接建立速度 | 高延迟 | 较高延迟 | 较高延迟（TCP握手） | 0-RTT 或 1-RTT |
| 典型性能优化 | 无 | 管道化、缓存 | 多路复用、优先级 | QUIC 多路复用、连接迁移 |
三、HTTP协议关键机制
- 无状态性：默认不记录请求间状态，需通过Cookie/Session维护会话。
- 缓存机制：头部字段（如Cache-Control、ETag）控制资源缓存策略。
- 内容协商：客户端通过Accept-*头部（如Accept-Language）声明偏好，服务器返回合适资源。
- 安全机制：CORS（跨域资源共享）、HSTS（强制HTTPS）、CSP（内容安全策略）。
四、HTTP协议族相关技术
1、二进制分帧层（Binary Framing Layer）
- 在应用层（HTTP/2.0）和传输层（TCP或UDP）之间增加了一个二进制分帧层。
- HTTP/2 将传输的数据分割为更小的二进制帧（如 HEADERS 帧、DATA 帧），每个帧（Frame）包含：
- Stream Identifier（流标识符）：唯一标识帧所属的流（Stream）。
- 类型（Type）、长度（Length）、标志（Flags）等元数据。
- 帧的独立传输：不同流的帧可以在同一个 TCP 连接上交错发送和接收，接收端通过流标识符重组数据，实现多路复用。
2、流（Stream）的并发管理
- 流是 HTTP/2 中的一个逻辑双向通道（客户端到服务器或反之），每个请求/响应对应一个独立的流。
- 流的特性：
- 并发性：一个 TCP 连接可支持多个并发的流（默认支持上百个）。
- 优先级：客户端可为流设置优先级（Weight 和 Dependency），服务器据此优化资源分配（如带宽、CPU）。
- 状态管理：流有明确的生命周期（如空闲 → 打开 → 关闭），避免资源泄漏。
3、多路复用工作原理
- 请求并行化：客户端通过单个 TCP 连接发送多个请求（每个请求分配唯一的流 ID）。
- 帧交错传输：不同流的帧在 TCP 连接上交替传输，无需等待前一个请求完成。
- 接收端重组：服务器根据流 ID 将帧分类，重组完整的请求/响应，确保数据隔离性。
五、HTTP协议族相关协议
1、HTTPS（HTTP over TLS/SSL）
- 作用：通过TLS/SSL加密HTTP通信，保障数据安全。
- 核心机制：
- 证书验证（CA机构颁发）。
- 对称加密（传输数据）与非对称加密（交换密钥）结合。
- 默认端口443（HTTP为80）。
2、WebSocket
- 定位：基于HTTP的全双工通信协议（RFC 6455）。
- 特点：
- 建立连接后，客户端和服务器可主动发送数据。
- 适用于实时应用（如聊天、游戏）。
3、Comet
Comet协议是一种基于HTTP长连接的“服务器推”技术，它允许服务器实时地将更新的信息传送到客户端，而无需客户端发出请求。这种技术主要解决了传统Web请求中，客户端需要显式地向服务器发送HTTP请求，并在收到响应后才能更新页面内容的问题，从而实现了对信息实时性要求较高的应用场景，如聊天室、股票交易行情等
4、WebDAV（Web Distributed Authoring and Versioning）
- 用途：扩展HTTP，支持文件管理（上传、删除、版本控制）。
- 方法：PROPFIND、LOCK、MKCOL等。
六、HTTP 协议演进核心方向
- 降低延迟：
- HTTP/1.1 → HTTP/2 通过多路复用减少连接数。
- HTTP/2 → HTTP/3 通过 QUIC 协议避免 TCP 队头阻塞。
- 增强安全性：HTTP/1.x 无加密要求 → HTTP/2 推荐 HTTPS → HTTP/3 强制 TLS。
- 适应移动互联网：QUIC 的连接迁移特性更适合移动设备网络切换场景。
- 优化带宽利用率：头部压缩（HPACK/QPACK）减少冗余数据传输。
七、应用场景
- Web浏览：HTML/CSS/JS资源加载。
- API交互：RESTful API设计（JSON/XML格式）。
- 实时通信：结合WebSocket或HTTP/2 Server Push。
- 大文件传输：分块传输、断点续传（Range头）。