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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"。
2.4Content-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。
HTTP1.0 HTTP 1.1主要区别
长连接
HTTP 1.0需要使用keep-alive参数来告知服务器端要建立一个长连接，而HTTP1.1默认支持长连接。
HTTP是基于TCP/IP协议的，创建一个TCP连接是需要经过三次握手的,有一定的开销，如果每次通讯都要重新建立连接的话，对性能有影响。因此最好能维持一个长连接，可以用个长连接来发多个请求。
节约带宽
HTTP 1.1支持只发送header信息(不带任何body信息)，如果服务器认为客户端有权限请求服务器，则返回100，否则返回401。客户端如果接受到100，才开始把请求body发送到服务器。
这样当服务器返回401的时候，客户端就可以不用发送请求body了，节约了带宽。
另外HTTP还支持传送内容的一部分。这样当客户端已经有一部分的资源后，只需要跟服务器请求另外的部分资源即可。这是支持文件断点续传的基础。
HOST域
现在的web server例如tomat，设置虚拟站点是非常常见的，也即是说，web server上的多个虚拟站点可以共享同一个ip和端口。
HTTP1.0是没有host域的，HTTP1.1才支持这个参数。
HTTP1.1 HTTP 2.0主要区别
多路复用
HTTP2.0使用了多路复用的技术，做到同一个连接并发处理多个请求，而且并发请求的数量比HTTP1.1大了好几个数量级。
当然HTTP1.1也可以多建立几个TCP连接，来支持处理更多并发的请求，但是创建TCP连接本身也是有开销的。
TCP连接有一个预热和保护的过程，先检查数据是否传送成功，一旦成功过，则慢慢加大传输速度。因此对应瞬时并发的连接，服务器的响应就会变慢。所以最好能使用一个建立好的连接，并且这个连接可以支持瞬时并发的请求。
数据压缩
HTTP1.1不支持header数据的压缩，HTTP2.0使用HPACK算法对header的数据进行压缩，这样数据体积小了，在网络上传输就会更快。
服务器推送
意思是说，当我们对支持HTTP2.0的web server请求数据的时候，服务器会顺便把一些客户端需要的资源一起推送到客户端，免得客户端再次创建连接发送请求到服务器端获取。这种方式非常合适加载静态资源。
服务器端推送的这些资源其实存在客户端的某处地方，客户端直接从本地加载这些资源就可以了，不用走网络，速度自然是快很多的。
HTTP请求分析
HTTP请求报文
HTTP请求由状态行（请求行）、请求头（首部行）、请求正文三部分组成：
- 状态行：包括请求方式Method、资源路径URL、http协议版本Version；
- 请求头：包括一些访问的域名、用户代理、Cookie等信息；
- 请求正文：就是HTTP请求的数据。
HTTP中的请求方法：
OPTIONS:返回服务器针对特定资源所支持的HTTP请求方法，也可以利用向web服务器发送‘*’的请求来测试服务器的功能性
HEAD:类似于get请求，只不过返回的响应中没有具体的内容，用于获取报头；
GET:向特定的资源发出请求。它本质就是发送一个请求来取得服务器上的某一资源。资源通过一组HTTP头和呈现数据（如HTML文本，或者图片或者视频等）返回给客户端。GET请求中，永远不会包含呈现数据。
POST:向指定资源提交数据进行处理请求（例如提交表单或者上传文件）。数据被包含在请求体中。POST请求可能会导致新的资源的建立和/或已有资源的修改。
PUT:向指定资源位置上传其最新内容
DELETE:请求服务器删除Request-URL所标识的资源
TRACE:回显服务器收到的请求，主要用于测试或诊断
CONNECT:HTTP/1.1协议中预留给能够将连接改为管道方式的代理服务器。
现在大多数协议版本为http/1.1,下图所示就是GET的请求，没有请求正文。GET方式仅仅为获取服务器资源，方式较为简单，因此在请求方式为GET的HTTP请求数据中，请求正文部分可以省略，直接将想要获取的资源添加到URL中。
下图所示为POST请求的格式，有状态行、请求头、请求正文三部分。
补充：常见请求头字段
| Header | 解释 | 示例 |
|---|---|---|
| Accept | 指定客户端能够接收的内容类型 | Accept: text/plain, text/html |
| Accept-Charset | 浏览器可以接受的字符编码集。 | Accept-Charset: iso-8859-5 |
| Accept-Encoding | 指定浏览器可以支持的web服务器返回内容压缩编码类型。 | Accept-Encoding: compress, gzip |
| Accept-Language | 浏览器可接受的语言 | Accept-Language: en,zh |
| Cache-Control | 指定请求和响应遵循的缓存机制 | Cache-Control: no-cache |
| Connection | 表示是否需要持久连接。（HTTP 1.1默认进行持久连接） | Connection: close |
| Cookie | HTTP请求发送时，会把保存在该请求域名下的所有cookie值一起发送给web服务器。 | Cookie: $Version=1; Skin=new; |
| Content-Length | 请求的内容长度 | Content-Length: 348 |
| Content-Type | 请求的与实体对应的MIME信息 | Content-Type: application/x-www-form-urlencoded |
| Host | 指定请求的服务器的域名和端口号 | Host: www.zcmhi.com |
| User-Agent | User-Agent的内容包含发出请求的用户信息 | User-Agent: Mozilla/5.0 (Linux; X11) |
二、HTTP响应
2.1HTTP响应报文
2.2响应数据格式
服务器收到了客户端发来的HTTP请求后，根据HTTP请求中的动作要求，服务端做出具体的动作，将结果回应给客户端，称为HTTP响应。
HTTP响应由三部分组成：状态行、响应头、响应正文；
- 状态行：包括协议版本Version、状态码Status Code、回应短语；
- 响应头：包括搭建服务器的软件，发送响应的时间，回应数据的格式等信息；
- 响应正文：就是响应的具体数据。
备注：我们主要关心并且能够在客户端浏览器看得到的是三位数的状态码，不同的状态码代表不同的含义，其中
具体HTTP响应实例如下图：
2.2 常见状态码的含义 - 200---OK/请求已经正常处理完毕
- 204 No Content 该状态码表示服务器接收的请求已成功处理，但在返回的响应报文中不含实体的主体部分。比如，当从浏览器发出请求处理后，返回204响应，那么浏览器显示的页面不发生更新。
- 301---Moved Permanently/请求永久重定向
- 302---Found/请求临时重定向
- 304---Not Modified/请求被重定向到客户端本地缓存
- 400---Bad Request/客户端请求存在语法错误
- 401---Unauthorized/客户端请求没有经过授权
- 403---Forbidden/客户端的请求被服务器拒绝，一般为客户端没有访问权限
- 404---Not Found/客户端请求的URL在服务端不存在
- 500---Internal Server Error/服务端永久错误
- 503---Service Unavailable/服务端发生临时错误
补充：常见响应头字段
| Header | 解释 | 示例 |
|---|---|---|
| Cache-Control | 告诉所有的缓存机制是否可以缓存及哪种类型 | Cache-Control: no-cache |
| Content-Encoding | web服务器支持的返回内容压缩编码类型。 | Content-Encoding: gzip |
| Content-Language | 响应体的语言 | Content-Language: en,zh |
| Content-Length | 响应体的长度 | Content-Length: 348 |
| Content-Location | 请求资源可替代的备用的另一地址 | Content-Location: /index.htm |
| Content-MD5 | 返回资源的MD5校验值 | Content-MD5: Q2hlY2sgSW50ZWdyaXR5IQ== |
| Content-Range | 在整个返回体中本部分的字节位置 | Content-Range: bytes 21010-47021/47022 |
| Date | 原始服务器消息发出的时间 | Date: Tue, 15 Nov 2010 08:12:31 GMT |
| Expires | 响应过期的日期和时间 | Expires: Thu, 01 Dec 2010 16:00:00 GMT |
| Last-Modified | 请求资源的最后修改时间 | Last-Modified: Tue, 15 Nov 2010 12:45:26 GMT |
| Location | 用来重定向接收方到非请求URL的位置来完成请求或标识新的资源 | Location: http://www.zcmhi.com/archives/94.html |
| refresh | 应用于重定向或一个新的资源被创造，在5秒之后重定向（由网景提出，被大部分浏览器支持） | Refresh: 5; url=http://www.zcmhi.com/archives/94.html |
| Server | web服务器软件名称 | Server: Apache/1.3.27 (Unix) (Red-Hat/Linux) |
| Set-Cookie | 设置Http Cookie | Set-Cookie: UserID=JohnDoe; Max-Age=3600; Version=1 |
| Transfer-Encoding | 文件传输编码 | Transfer-Encoding:chunked |
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