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[网络协议]详解HTTP协议版本（HTTP/1.0、1.1、2.0、3.0区别）

HTTP1.0

HTTP/1.0是无状态、无连接的应用层协议。

无连接

? 无连接：每次请求都要建立连接，需要使用 keep-alive 参数建立长连接、HTTP1.1默认长连接keep-alive
? 无法复用连接，每次发送请求都要进行TCP连接，TCP的连接释放都比较费事，会导致网络利用率低

队头阻塞

? 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，后面的请求就阻塞了。

缓存

在HTTP1.0中主要使用header里的协商缓存 last-modified\if-modified-since，强缓存 Expires来做为缓存判断的标准

If-Modified-Since

Expires是RFC 2616（HTTP/1.0）协议中和网页缓存相关字段。用来控制缓存的失效日期。

Expires 字段声明了一个网页或 URL 地址不再被浏览器缓存的时间，一旦超过了这个时间，浏览器都应该联系原始服务器。RFC告诉我们：“由于推断的失效时间也许会降低语义透明度，应该被谨慎使用，同时我们鼓励原始服务器尽可能提供确切的失效时间。”

其他问题
? HOST域：认为每个服务器绑定唯一一个IP地址，因此在请求消息的URL中没有主机名，HTTP1.0没有host域。而现在在一台服务器上可以存在多个虚拟主机，并且它们共享一个IP地址。

? HTTP1.0不支持断点续传功能，每次都会传送全部的页面和数据。如果只需要部分数据就会浪费多余带宽

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HTTP/1.1

特点

简单
HTTP 基本的报文格式就是 header + body，头部信息也是 key-value 简单文本的形式，易于理解
灵活、易扩展
各类请求方法、URL、状态码，等每个组成都没有固定死，开发者可以自定义与扩充
HTTP在应用层其下层可以灵活变化（https就是HTTP与TCP之间增加SSL/TSL安全传输协议）
应用广泛、支持跨平台

优缺点

无状态
好处：服务器不用额外资源记录，减轻服务器负担，提高CPU内存利用效率
坏处：每次都要确认验证信息；一般通过Cookie解决（Cookie 通过在请求和响应报文中写入 Cookie 信息来控制客户端的状态。）
明文传输：传输过程中信息可以抓包直接获取，信息暴露、安全性差
不安全：
通信使用明文传输、信息泄露
不验证通信双方身份、有可能进入伪装网站
无法证明报文完整性都导致不安全的问题

解决方式：可以用 HTTPS 的方式解决，也就是通过引入 SSL/TLS 层，使得更安全。

长连接

为了解决早期HTTP/1.0每次都要建立连接导致通信效率低的性能问题，因为HTTP基于TCP/IP协议
为了解决上述 TCP 连接问题，HTTP/1.1 提出了长连接的通信方式，也叫持久连接。这种方式的好处在于减少了 TCP 连接的重复建立和断开所造成的额外开销，减轻了服务器端的负载。

持久连接的特点是，只要任意一端没有明确提出断开连接，则保持 TCP 连接状态。如果某个 HTTP 长连接超过一定时间没有任何数据交互，服务端就会主动断开这个连接。

短连接和长连接对比

管道传输

因为HTTP/1.1 采用了长连接的方式，这使得管道（pipeline）网络传输成为了可能。

即可在同一个 TCP 连接里面，客户端可以发起多个请求，只要第一个请求发出去了，不必等其回来，就可以发第二个请求出去，可以减少整体的响应时间。
但是服务器必须按照接收请求的顺序发送对这些管道化请求的响应。

如果服务端在处理 A 请求时耗时比较长，那么后续的请求的处理都会被阻塞住，这称为「队头堵塞」。

所以，HTTP/1.1 管道解决了请求的队头阻塞，但是没有解决响应的队头阻塞。

注意：实际上 HTTP/1.1 管道化技术不是默认开启，而且浏览器基本都没有支持，所以后面讨论HTTP/1.1 都是建立在没有使用管道化的前提。

HTTP/1.0 比较 HTTP/1.1

HTTP/1.1 相比 HTTP/1.0 提高了什么性能？

使用长连接的方式改善了 HTTP/1.0 短连接造成的性能开销。
支持管道（pipeline）网络传输，只要第一个请求发出去了，不必等其回来，就可以发第二个请求出去，可以减少整体的响应时间

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HTTP协议层次结构图

现在主流浏览器大部分使用的都是HTTP/1.1协议，也有部分支持HTTP/2.0；绝大部分网站都升级为HTTPS更保证安全性在这里插入图片描述

HTTP/2.0

详见该文章：深入理解HTTP/2.0
HTTP/2.0协议是基于HTTPS的，更加安全

相比与HTTP/1.1，HTTP/2.0增加如下几点的重大优化

头部压缩

HTTP2.0会压缩（Header）部分；如果同时多个请求其头部一样或相似，那么协议会消除重复部分。
利用HPAK算法：在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，就不用重复发送同样字段了，只发送索引号，减少数据量提高速度

二进制格式

HTTP/1.0和HTTP/1.1中，报文都是纯文本的格式简单易读；而在2.0中采用了二进制的格式
报头和数据体称为：帧（frame）-》头信息帧（Headers Frame）和数据帧（Data Frame）

文本形式信息保存为一个一个字符，占用空间多，每个字符对应比特位多，接受方还需要将报文转换为二进制，而直接用二进制减少了传输数据量，提高数据传输效率

1.0：
2.0：

数据以数据流（stream）的形式以字节单位发送，数据包可以不按顺序发送

在 HTTP/2 中每个请求或响应的所有数据包，称为一个数据流（Stream）。每个数据流都标记着一个独一无二的编号（Stream ID）；
所有HTTP2.0通信都在一个TCP链接上完成，这个链接可以承载任意流量的双向数据流。每个数据流以消息的形式发送，而消息由一或多个帧组成。不同 Stream 的帧是可以乱序发送的（因此可以并发不同的 Stream ），因为每个帧的头部会携带 Stream ID 信息，所以接收端可以通过 Stream ID 有序组装成 HTTP 消息

客户端还可以指定数据流的优先级。优先级高的请求，服务器就先响应该请求

多路复用

HTTP2.0实现了真正的并行传输，它能够在一个TCP上进行任意数量的HTTP请求，由于其二进制分帧特性

HTTP/2 是可以在一个连接中并发多个请求或回应，而不用按照顺序一一对应。

移除了 HTTP/1.1 中的串行请求，不需要排队等待，彻底解决「队头阻塞」问题，降低了延迟，大幅度提高了连接的利用率。

服务端推送

HTTP/2 还在一定程度上改善了传统的「请求 - 应答」工作模式，服务端不再是被动地响应，可以主动向客户端发送消息、推送额外的资源。

例如：

TCP导致队头阻塞

因为TCP面向字节流传输，而且保证传输可靠性和数据的完整性
只有TCP拿到完整连续的数据时，内核才会将数据从缓冲区交给HTTP应用，而只要前一个字节没有收到，HTTP就无法从内核缓冲区中得到数据，直到其到达，所以在此过程仍然会导致队头阻塞

图中发送方发送了很多个 packet，每个 packet 都有自己的序号，你可以认为是 TCP 的序列号，其中 packet 3 在网络中丢失了，即使 packet 4-6 被接收方收到后，由于内核中的 TCP 数据不是连续的，于是接收方的应用层就无法从内核中读取到，只有等到 packet 3 重传后，接收方的应用层才可以从内核中读取到数据，这就是 HTTP/2 的队头阻塞问题，是在 TCP 层面发生的。