HTTP协议为什么叫 HTTP/2,而不是 HTTP/2.0?

大家好,我是Tom哥~

今天跟大家聊聊下 HTTP协议,欢迎留言讨论

互联网时代,足不出户,点点鼠标就可以轻松了解外面的世界变化,这一切得益于网络传输数据。

我们都知道网络有7层模型,从底层到上层依次是:物理层、数据链路层、网络层、传输层、会话层、表示层、应用层。

越往上,越接近用户习惯,更容易被用户直观了解。

今天讲的 HTTP 协议属于应用层协议,也是互联网广泛使用的基础协议之一。

HTTP协议为什么叫 HTTP/2,而不是 HTTP/2.0?

一、 HTTP/0.9

0.9 版本是HTTP最早的版本,诞生于 1991 年,比较简单。

1、只支持 GET 请求,没有请求头。每次请求都要单独创建一个TCP连接,复用性差,性能不高

2、服务端响应的数据只能是 HTML格式,服务器发送完毕,会关闭TCP连接。如果请求的页面不存在,也不会返回任何错误码。

当时,互联网刚起步,页面展现形式更多是文本为主,能满足基本需求。随着用户需求的多样化,对展示形态和性能也提出了更高要求,HTTP协议也开始了慢慢的升级之路。

二、 HTTP/1.0

1996年,HTTP/1.0 发布,相比之前版本增加了很多特性。

1、请求和响应增加了头信息(header),用来描述一些元数据,如:

Content-Type 让响应数据不只限于超文本
Expires、Last-Modified 缓存
Authorization 身份认证
Connection: keep-alive 支持长连接,但非标准

2、请求方法,除了 GET,还增加了 POST、HEAD命令,丰富了互动方式

3、丰富了传输内容的格式,有文本、图像、视频、二进制文件

4、请求时增加 HTTP 协议版本,响应端增加状态码。

缺点:

主要还是连接复用问题,每个TCP连接只能发送一个请求。当数据发送完毕后,连接就会关闭。由于TCP建立连接,需要三次握手,所以性能会比较差。

为了缓解这个问题,请求头引入一个非标准的Connection字段:Connection: keep-alive,要求服务器不要关闭TCP连接,从而达到复用效果。

当然,这个不是标准字段,只是一个临时方案。

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三、 HTTP/1.1

1997年,HTTP/1.1 版本发布。进一步完善了HTTP协议,也是目前最流行的版本,一直活跃至今。

1、默认支持长连接(PersistentConnection)和请求的流水线(Pipelining)处理,在一个TCP连接上可以传送多个HTTP请求和响应,减少了建立和关闭连接的消耗和延迟

2、管线化技术。支持多个 HTTP 请求批量发送,不用排队,这就解决了 HTTP 队头阻塞问题。但批量发送的 HTTP 请求,必须按照发送的顺序返回响应

3、流式渲染,响应端可以不用一次返回所有数据,可以将数据拆分成多个模块,产生一块数据,就发送一块数据,这样客户端就可以同步对数据进行处理,减少响应延迟,降低白屏时间。

4、请求头引入了range头域,它允许只请求资源的某个部分,即返回码是206(Partial Content),这样就方便了开发者自由的选择以便于充分利用带宽和连接

5、增加 Host 头,实现了虚拟主机技术,将一台服务器分成若干个主机,这样就可以在一台服务器上部署多个网站了。通过配置 Host 的域名和端口号,即可支持多个 HTTP 服务

6、头部增加一些缓存字段,如 E-Tag、Cache-Control 等

7、新增了24个错误状态响应码,如 409(Conflict)表示请求的资源与资源的当前状态发生冲突;410(Gone)表示服务器上的某个资源被永久性的删除。

HTTP协议为什么叫 HTTP/2,而不是 HTTP/2.0?

小结:

请求和响应成对出现,顺序串行。如果按QPS来理解的话,最大的并发数只能是 1

四、 HTTP/2

HTTP/2 诞生于 2015 年,最大特点是基于二进制的特性,对 HTTP 传输效率进行了深度优化。

新增了哪些特性?

1、二进制帧

HTTP/2 将一个 HTTP 请求划分为 3 个部分:二进制帧、消息、数据流

  • 帧:一段二进制数据,是 HTTP/2 传输的最小单位
  • 消息:逻辑上的 HTTP 消息,比如请求、响应等,由一或多个帧组成
  • 数据流:连接中的一个虚拟信道,可以同时承载一条或多条消息,支持双向承载
HTTP协议为什么叫 HTTP/2,而不是 HTTP/2.0?

一个TCP连接上,承载着双向消息,一条消息包含多个二进制帧,每个帧都有唯一标识,来自不同数据流的帧可以交错发送,然后再根据每个帧头的数据流标识符重新组装,这样就实现了数据传输。

2、多路复用

HTTP/1.1 中的 KeepAlive 长连接虽然可以传输很多请求,但它的吞吐量很低,因为在发出请求等待响应的那段时间里,这个长连接不能做任何事!而 HTTP/2 通过 Stream 这一设计,允许请求并发传输。因此,HTTP/1.1 时代 Chrome 通过 6 个连接访问页面的速度,远远比不上 HTTP/2 单连接的速度。

HTTP/2 的并发性能比 HTTP/1.1 通过 TCP 连接实现并发要高。这是因为,当 HTTP/2 实现 100 个并发 Stream 时,只经历 1 次 TCP 握手、1 次 TCP 慢启动以及 1 次 TLS 握手,但 100 个 TCP 连接会把上述 3 个过程都放大 100 倍!

3、头部压缩

HTTP/1.1 的头部字段包含大量信息,而且每次请求都得带上,占用了大量的带宽。

HTTP/2 静态表仅用一个数字来表示,其中,映射数字与字符串对应关系的表格,被写死在 HTTP/2 实现框架中。这样的编码效率非常高,

什么是静态表呢?HTTP/2 将 61 个高频出现的头部,比如描述浏览器的 User-Agent、GET 或 POST 方法、返回的 200 SUCCESS 响应等,分别对应 1 个数字再构造出 ”字典“,并写入 HTTP/2 客户端与服务端,用索引号表示重复的字符串,可以达到 50%~90% 的高压缩率。

4、请求优先级

由于采用多路复用,多个请求会同时产生多个数据流,数据流中有一个优先级的标识,服务端根据这个标识决定响应的优先顺序。

流 ID 不能重用,只能顺序递增,客户端发起的 ID 是奇数,服务器端发起的 ID 是偶数;

5、服务器端推送

HTTP/1.1 不支持服务器主动推送消息,因此当客户端需要获取通知时,只能通过定时器不断地轮询拉取消息。HTTP/2 的消息推送结束了无效率的定时拉取,节约了大量带宽和服务器资源。

例如:HTTP/1.1 中请求一个页面时,浏览器会先发送一个 HTTP 请求,然后得到响应的 HTML 内容并开始解析,如果发现有<script src=”xxxx.js”>标签,则会再次发起 HTTP 请求获取对应的 JS 内容。而 HTTP/2 可以在返回 HTML 的同时,将需要用到的 JS、CSS 等内容一并返回给客户端,当浏览器解析到对应标签时,也就不需要再次发起请求了。

HTTP协议为什么叫 HTTP/2,而不是 HTTP/2.0?

小结:

通过二进制帧流模式,打破之前的”请求 – 应答“串行模式,单个TCP连接上支持并发请求、响应,多路复用大大提升了网络吞吐量。

HTTP/2 作为升级版,为了与之前的版本保持兼容,对头字段、状态码、请求方法等信息都保留不变,降低了学习成本,同时上层应用也可以做到无缝兼容。

小提示:

做软件架构也是一样,设计接口规范时一定要慎之又慎,尽量预留很长一段时间的扩展,后续更多是对里面的逻辑优化重构,对外黑盒,无需感知。

为什么是 HTTP/2 ,而不是HTTP/2.0 ?

HTTP/2 工作组特别给出了解释,以前的1.0、1.1 容易让人误解,实际使用中难以区分,所以,决定后续的版本不在使用小版本,一律采用大版本。

所以,接下来,你只会看到 HTTP/2 、HTTP/3 …

关于加密

为了满足安全性,HTTP/2分别支持”加密“和”明文“,定义两个字符串标识符:“h2”表示加密的 HTTP/2,“h2c”表示明文的 HTTP/2,多出的那个字母“c”的意思是“clear text”。

五、 HTTP/3

HTTP/2 虽然使用“帧”、“流”“多路复用”,没有了“队头阻塞”,但这些优化技巧都是在应用层里,而在底层,也就是 TCP 协议里,还是会发生“队头阻塞”。

HTTP/2 把多个请求 – 响应分解成流,交给 TCP 后,TCP 会再拆成更小的段(segment)依次发送。如果网络不好时,会发生丢包。

TCP为了保证可靠性传输,会有丢包重传机制。这样,其他的包即使已经收到了,也只能放在缓冲区里,这样就又出现了队头阻塞,这是TCP协议固有的。

为了解决这个问题,Google推出了QUIC协议,让 HTTP 跑在 QUIC 上而不是 TCP 上,这个新版本,我们称之为 HTTP/3

HTTP/3 目前还处于草案阶段,离正式发布还有段时间,我们拭目以待…

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