http1.0 http1.1 http2 之间的区别

男娘i 2022-04-24 11:44 175阅读 0赞

## 一、HTTP基础 ##

### 1.1 HTTP定义 ###

HTTP协议（HyperTextTransferProtocol，超文本传输协议）是用于从WWW服务器传输超文本到本地浏览器的传输协议。

### 1.2 HTTP发展史 ###

![在这里插入图片描述][20190424231440540.png]

### 1.3 HTTP1.0 ###

早先1.0的HTTP版本，是一种无状态、无连接的应用层协议。

HTTP1.0规定浏览器和服务器保持短暂的连接，浏览器的每次请求都需要与服务器建立一个TCP连接，服务器处理完成后立即断开TCP连接（无连接），服务器不跟踪每个客户端也不记录过去的请求（无状态）。

这种无状态性可以借助cookie/session机制来做身份认证和状态记录。而下面两个问题就比较麻烦了。

首先，无连接的特性导致最大的性能缺陷就是**无法复用连接**。每次发送请求的时候，都需要进行一次TCP的连接，而TCP的连接释放过程又是比较费事的。这种无连接的特性会使得网络的利用率非常低。

其次就是**队头阻塞**（head of line blocking）。由于HTTP1.0规定下一个请求必须在前一个请求响应到达之前才能发送。假设前一个请求响应一直不到达，那么下一个请求就不发送，同样的后面的请求也给阻塞了。

为了解决这些问题，HTTP1.1出现了。

### 1.4 HTTP的基本优化方向 ###

影响一个 HTTP 网络请求的因素主要有两个：**带宽和延迟**。

**带宽**：如果说我们还停留在拨号上网的阶段，带宽可能会成为一个比较严重影响请求的问题，但是现在网络基础建设已经使得带宽得到极大的提升，我们不再会担心由带宽而影响网速，那么就只剩下延迟了。

**延迟**：

*  浏览器阻塞（HOL blocking）：浏览器会因为一些原因阻塞请求。浏览器对于同一个域名，同时只能有 4 个连接（这个根据浏览器内核不同可能会有所差异），超过浏览器最大连接数限制，后续请求就会被阻塞。
 *  DNS 查询（DNS Lookup）：浏览器需要知道目标服务器的 IP 才能建立连接。将域名解析为 IP 的这个系统就是 DNS。这个通常可以利用DNS缓存结果来达到减少这个时间的目的。
 *  建立连接（Initial connection）：HTTP 是基于 TCP 协议的，浏览器最快也要在第三次握手时才能捎带 HTTP 请求报文，达到真正的建立连接，但是这些连接无法复用会导致每次请求都经历三次握手和慢启动。三次握手在高延迟的场景下影响较明显，慢启动则对文件类大请求影响较大。

## 二、HTTP1.0和HTTP1.1的一些区别 ##

HTTP1.0最早在网页中使用是在1996年，那个时候只是使用一些较为简单的网页上和网络请求上，而HTTP1.1则在1999年才开始广泛应用于现在的各大浏览器网络请求中，同时HTTP1.1也是当前使用最为广泛的HTTP协议。 主要区别主要体现在：

对于HTTP1.1，不仅继承了HTTP1.0简单的特点，还克服了诸多HTTP1.0性能上的问题。

首先是**长连接**，HTTP1.1增加了一个Connection字段，通过设置Keep-Alive可以保持HTTP连接不断开，避免了每次客户端与服务器请求都要重复建立释放建立TCP连接，提高了网络的利用率。如果客户端想关闭HTTP连接，可以在请求头中携带Connection: false来告知服务器关闭请求。

其次，是HTTP1.1支持请求**管道化**（pipelining）。基于HTTP1.1的长连接，使得请求管道化成为可能。管线化使得请求能够“并行”传输。举个例子来说，假如响应的主体是一个html页面，页面中包含了很多img，这个时候keep-alive就起了很大的作用，能够进行“并行”发送多个请求。（注意这里的“并行”并不是真正意义上的并行传输，具体解释如下。）

需要注意的是，**服务器必须按照客户端请求的先后顺序依次回送相应的结果，以保证客户端能够区分出每次请求的响应内容。**

也就是说，**HTTP管道化可以让我们把先进先出队列从客户端（请求队列）迁移到服务端（响应队列）。**

HTTP 1.1  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3poYW9ob25nX2Jv_size_16_color_FFFFFF_t_70]  
如图所示，客户端同时发了两个请求分别来获取html和css，假如说服务器的css资源先准备就绪，服务器也会先发送html再发送css。

换句话来说，只有等到html响应的资源完全传输完毕后，css响应的资源才能开始传输。也就是说，不允许同时存在两个并行的响应。

可见，HTTP1.1还是无法解决**队头阻塞**（head of line blocking）的问题。同时“管道化”技术存在各种各样的问题，所以很多浏览器要么根本不支持它，要么就直接默认关闭，并且开启的条件很苛刻…而且实际上好像并没有什么用处。

那我们在谷歌控制台看到的并行请求又是怎么一回事呢？

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3poYW9ob25nX2Jv_size_16_color_FFFFFF_t_70 1]

如图所示，绿色部分代表请求发起到服务器响应的一个等待时间，而蓝色部分表示资源的下载时间。按照理论来说，HTTP响应理应当是前一个响应的资源下载完了，下一个响应的资源才能开始下载。而这里却出现了响应资源下载并行的情况。这又是为什么呢？

其实，虽然HTTP1.1支持管道化，但是服务器也必须进行逐个响应的送回，这个是很大的一个缺陷。实际上，现阶段的浏览器厂商采取了另外一种做法，它允许我们打开**多个TCP的会话**。也就是说，上图我们看到的并行，其实是不同的TCP连接上的HTTP请求和响应。这也就是我们所熟悉的浏览器对同域下并行加载6~8个资源的限制。而这，才是真正的**并行**！

此外，HTTP1.1还加入了**缓存处理**（强缓存和协商缓存）新的字段如cache-control，支持断点传输，以及增加了Host字段（使得一个服务器能够用来创建多个Web站点）。

**HTTPS与HTTP的一些区别**

*  HTTPS协议需要到CA申请证书，一般免费证书很少，需要交费。
 *  HTTP协议运行在TCP之上，所有传输的内容都是明文，HTTPS运行在SSL/TLS之上，SSL/TLS运行在TCP之上，所有传输的内容都经过加密的。
 *  HTTP和HTTPS使用的是完全不同的连接方式，用的端口也不一样，前者是80，后者是443。
 *  HTTPS可以有效的防止运营商劫持，解决了防劫持的一个大问题。

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3poYW9ob25nX2Jv_size_16_color_FFFFFF_t_70 2]

**HTTP 2.0 vs HTTP 1.0 性能**

HTTP 2.0 的出现，相比于 HTTP 1.x ，大幅度的提升了 web 性能。

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3poYW9ob25nX2Jv_size_16_color_FFFFFF_t_70 3]

这是 Akamai 公司建立的一个官方的演示，用以说明 HTTP/2 相比于之前的 HTTP/1.1 在性能上的大幅度提升。 同时请求 379 张图片，从Load time 的对比可以看出 HTTP/2 在速度上的优势。

## 三、HTTP 1.1 和 HTTP 2.0 区别 ##

后面我们将通过几个方面来说说HTTP 2.0 和 HTTP1.1 区别，并且和你解释下其中的原理。

### 3.1 二进制分帧 ###

HTTP2.0通过在应用层和传输层之间增加一个二进制分帧层，突破了HTTP1.1的性能限制、改进传输性能。

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3poYW9ob25nX2Jv_size_16_color_FFFFFF_t_70 4]  
可见，虽然HTTP2.0的协议和HTTP1.x协议之间的规范完全不同了，但是实际上HTTP2.0并没有改变HTTP1.x的语义。  
简单来说，HTTP2.0只是把原来HTTP1.x的header和body部分用frame重新封装了一层而已。

### 3.2 多路复用 ###

下面是几个概念：

*  流（stream）：已建立连接上的双向字节流。
 *  消息：与逻辑消息对应的完整的一系列数据帧。
 *  帧（frame）：HTTP2.0通信的最小单位，每个帧包含帧头部，至少也会标识出当前帧所属的流（stream id）。

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3poYW9ob25nX2Jv_size_16_color_FFFFFF_t_70 5]  
从图中可见，所有的HTTP2.0通信都在一个TCP连接上完成，这个连接可以承载任意数量的双向数据流。

每个数据流以消息的形式发送，而消息由一或多个帧组成。这些帧可以乱序发送，然后再根据每个帧头部的流标识符（stream id）重新组装。

举个例子，每个请求是一个数据流，数据流以消息的方式发送，而消息又分为多个帧，帧头部记录着stream id用来标识所属的数据流，不同属的帧可以在连接中随机混杂在一起。接收方可以根据stream id将帧再归属到各自不同的请求当中去。

另外，多路复用（连接共享）可能会导致关键请求被阻塞。HTTP2.0里每个数据流都可以设置优先级和依赖，优先级高的数据流会被服务器优先处理和返回给客户端，数据流还可以依赖其他的子数据流。

可见，HTTP2.0实现了真正的并行传输，它能够在一个TCP上进行任意数量HTTP请求。而这个强大的功能则是基于“二进制分帧”的特性。

多路复用允许单一的 HTTP/2 连接同时发起多重的请求-响应消息。看个例子：

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3poYW9ob25nX2Jv_size_16_color_FFFFFF_t_70 6]

整个访问流程第一次请求index.html页面,之后浏览器会去请求style.css和scripts.js的文件。左边的图是顺序加载两个个文件的，右边则是并行加载两个文件。

我们知道HTTP底层其实依赖的是TCP协议，那问题是在同一个连接里面同时发生两个请求响应着是怎么做到的？

首先你要知道，TCP连接相当于两根管道（一个用于服务器到客户端，一个用于客户端到服务器），管道里面数据传输是通过字节码传输，传输是有序的，每个字节都是一个一个来传输。

例如客户端要向服务器发送Hello、World两个单词，只能是先发送Hello再发送World，没办法同时发送这两个单词。不然服务器收到的可能就是HWeolrllod（注意是穿插着发过去了，但是顺序还是不会乱）。这样服务器就懵b了。

接上面的问题，能否同时发送Hello和World两个单词能，当然也是可以的，可以将数据拆成包，给每个包打上标签。发的时候是这样的①H ②W ①e ②o ①l ②r ①l ②l ①o ②d。这样到了服务器，服务器根据标签把两个单词区分开来。实际的发送效果如下图：

![在这里插入图片描述][2019042423395511.png]

HTTP 性能优化的\_\_关键并不在于高带宽，而是低延迟\_\_。TCP 连接会随着时间进行自我「调谐」，起初会限制连接的最大速度，如果数据成功传输，会随着时间的推移提高传输的速度。这种调谐则被称为 TCP 慢启动。由于这种原因，让原本就具有突发性和短时性的 HTTP 连接变的十分低效。

HTTP/2 通过让所有数据流共用同一个连接，可以更有效地使用 TCP 连接，让高带宽也能真正的服务于 HTTP 的性能提升。

总结下：多路复用技术：单连接多资源的方式，减少服务端的链接压力,内存占用更少,连接吞吐量更大；由于减少TCP 慢启动时间，提高传输的速度

### 3.3 首部压缩 ###

为什么要压缩？在 HTTP/1 中，HTTP 请求和响应都是由「状态行、请求 / 响应头部、消息主体」三部分组成。一般而言，消息主体都会经过 gzip 压缩，或者本身传输的就是压缩过后的二进制文件（例如图片、音频），但状态行和头部却没有经过任何压缩，直接以纯文本传输。

随着 Web 功能越来越复杂，每个页面产生的请求数也越来越多，导致消耗在头部的流量越来越多，尤其是每次都要传输 UserAgent、Cookie 这类不会频繁变动的内容，完全是一种浪费。

我们再用通俗的语言解释下，压缩的原理。头部压缩需要在支持 HTTP/2 的浏览器和服务端之间:

*  维护一份相同的静态字典（Static Table），包含常见的头部名称，以及特别常见的头部名称与值的组合；
 *  维护一份相同的动态字典（Dynamic Table），可以动态的添加内容；
 *  支持基于静态哈夫曼码表的哈夫曼编码（Huffman Coding）；

静态字典的作用有两个：

*  对于完全匹配的头部键值对，例如 “:method :GET”，可以直接使用一个字符表示；
 *  对于头部名称可以匹配的键值对，例如 “cookie :xxxxxxx”，可以将名称使用一个字符表示。

HTTP/2 中的静态字典如下（以下只截取了部分）：  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3poYW9ob25nX2Jv_size_16_color_FFFFFF_t_70 7]  
同时，浏览器和服务端都可以向动态字典中添加键值对，之后这个键值对就可以使用一个字符表示了。需要注意的是，动态字典上下文有关，需要为每个 HTTP/2 连接维护不同的字典。在传输过程中使用，使用字符代替键值对大大减少传输的数据量。

### 3.4 HTTP2支持服务器推送 ###

服务端推送是一种在客户端请求之前发送数据的机制。当代网页使用了许多资源:HTML、样式表、脚本、图片等等。在HTTP/1.x中这些资源每一个都必须明确地请求。这可能是一个很慢的过程。浏览器从获取HTML开始，然后在它解析和评估页面的时候，增量地获取更多的资源。因为服务器必须等待浏览器做每一个请求，网络经常是空闲的和未充分使用的。

为了改善延迟，HTTP/2引入了server push，它允许服务端推送资源给浏览器，在浏览器明确地请求之前。一个服务器经常知道一个页面需要很多附加资源，在它响应浏览器第一个请求的时候，可以开始推送这些资源。这允许服务端去完全充分地利用一个可能空闲的网络，改善页面加载时间。

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3poYW9ob25nX2Jv_size_16_color_FFFFFF_t_70 8]

### 3.5HTTP/2采用二进制格式而非文本格式 ###

见 **3.1 二进制分帧**

参考：[https://www.hollischuang.com/archives/2066][https_www.hollischuang.com_archives_2066]

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[https_www.hollischuang.com_archives_2066]: https://www.hollischuang.com/archives/2066