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HTTP1.0/1.1/2.0

HTTP1.0/1.1/2.0

作者: GGBond_8488 | 来源:发表于2020-04-07 09:49 被阅读0次

    HTTP1.0

    1、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。
    2、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。
    3、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。
    4、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。

    但是每个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。

    HTTP1.1

    http1.1 pipelining

    1、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
    2、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、将Content-length字段的作用进行扩充,即声明本次回应的数据长度(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)
    4、采用分块传输编码,对于一些很耗时的动态操作,服务器需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)
    5、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。

    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。

    HTTP2.0

    首先附上一个链接来体验http2.0的速度

    HTTP1.x有以下几个主要缺点:

    HTTP/1.0一次只允许在一个TCP连接上发起一个请求,HTTP/1.1使用的流水线技术也只能部分处理请求并发,仍然会存在队列头阻塞问题,因此客户端在需要发起多次请求时,通常会采用建立多连接来减少延迟。
    单向请求,只能由客户端发起。
    请求报文与响应报文首部信息冗余量大
    数据未压缩,导致数据的传输量大

    二进制传输

    http1.x诞生的时候是明文协议,其格式由三部分组成:start line(request line或者status line),header,body。要识别这3部分就要做协议解析,http1.x的解析是基于文本。基于文本协议的格式解析存在天然缺陷,文本的表现形式有多样性,要做到健壮性考虑的场景必然很多,二进制则不同,只认0和1的组合。基于这种考虑http2.0的协议解析决定采用二进制格式,实现方便且健壮。

    http2.0的格式定义更接近tcp层的方式,这张二机制的方式十分高效且精简。length定义了整个frame的开始到结束,type定义frame的类型(一共10种),flags用bit位定义一些重要的参数,stream id用作流控制,剩下的payload就是request的正文了。

    虽然看上去协议的格式和http1.x完全不同了,实际上http2.0并没有改变http1.x的语义,只是把原来http1.x的header和body部分用frame重新封装了一层而已。调试的时候浏览器甚至会把http2.0的frame自动还原成http1.x的格式。具体的协议关系可以用下图表示:


    连接共享

    http2.0要解决的一大难题就是多路复用(MultiPlexing),即连接共享。上面协议解析中提到的stream id就是用作连接共享机制的。一个request对应一个stream并分配一个id,这样一个连接上可以有多个stream,每个stream的frame可以随机的混杂在一起,接收方可以根据stream id将frame再归属到各自不同的request里面

    前面还提到过连接共享之后,需要优先级和请求依赖的机制配合才能解决关键请求被阻塞的问题。http2.0里的每个stream都可以设置又优先级(Priority)和依赖(Dependency)。优先级高的stream会被server优先处理和返回给客户端,stream还可以依赖其它的sub streams。优先级和依赖都是可以动态调整的。动态调整在有些场景下很有用,假想用户在用你的app浏览商品的时候,快速的滑动到了商品列表的底部,但前面的请求先发出,如果不把后面的请求优先级设高,用户当前浏览的图片要到最后才能下载完成,显然体验没有设置优先级好。同理依赖在有些场景下也有妙用。

    header压缩

    在HTTP1.0中,我们使用文本的形式传输header,在header中携带cookie的话,每次都需要重复传输几百到几千的字节,这着实是一笔不小的开销。
    在HTTP2.0中,我们使用了HPACK(HTTP2头部压缩算法)压缩格式对传输的header进行编码,减少了header的大小。并在两端维护了索引表,用于记录出现过的header,后面在传输过程中就可以传输已经记录过的header的键名,对端收到数据后就可以通过键名找到对应的值。
    压缩算法的选择

    SPDY/2使用的是gzip压缩算法,但后来出现的两种攻击方式BREACHCRIME使得即使走ssl的SPDY也可以被破解内容,最后综合考虑采用的是一种叫HPACK的压缩算法。这两个漏洞和相关算法可以点击链接查看更多的细节,不过这种漏洞主要存在于浏览器端,因为需要通过javascript来注入内容并观察payload的变化。

    重置连接表现更好

    很多app客户端都有取消图片下载的功能场景,对于http1.x来说,是通过设置tcp segment里的reset flag来通知对端关闭连接的。这种方式会直接断开连接,下次再发请求就必须重新建立连接。http2.0引入RST_STREAM类型的frame,可以在不断开连接的前提下取消某个request的stream,表现更好。

    Server Push
    在HTTP2.0中,服务端可以在客户端某个请求后,主动推送其他资源。
    可以想象一下,某些资源客户端是一定会请求的,这时就可以采取服务端push的技术,提前给客户端推送必要的资源,就可以相对减少一点延迟时间。在浏览器兼容的情况下也可以使用prefetch。
    Server Push的功能前面已经提到过,http2.0能通过push的方式将客户端需要的内容预先推送过去,所以也叫“cache push”。另外有一点值得注意的是,客户端如果退出某个业务场景,出于流量或者其它因素需要取消server push,也可以通过发送RST_STREAM类型的frame来做到。

    流量控制(Flow Control)

    TCP协议通过sliding window的算法来做流量控制。发送方有个sending window,接收方有receive window。http2.0的flow control是类似receive window的做法,数据的接收方通过告知对方自己的flow window大小表明自己还能接收多少数据。只有Data类型的frame才有flow control的功能。对于flow control,如果接收方在flow window为零的情况下依然更多的frame,则会返回block类型的frame,这张场景一般表明http2.0的部署出了问题。

    参考

    Http 1.x弊端与Http 2.0比较
    【快速入门系列】一篇文章让你入门HTTP2.0

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