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我们知道HTTP是浏览器中最重要且使用最多的协议#xff0c;是浏览器和服务器之间的通信语言#xff0c;也是互联网的基石。

而随着浏览器的发展#xff0c;HTTP为了能适应新的形式也在持续进化#xff0c;我认为学习HTTP的最佳…谈及浏览器中的网络就避不开HTTP。

我们知道HTTP是浏览器中最重要且使用最多的协议是浏览器和服务器之间的通信语言也是互联网的基石。

而随着浏览器的发展HTTP为了能适应新的形式也在持续进化我认为学习HTTP的最佳途径就是了解其发展史所以在接下来的三篇文章中我会从浏览器发展的视角来和你聊聊HTTP演进。

这三篇分别是即将完成使命的HTTP/1、正在向我们走来的HTTP/2以及未来的HTTP/3。

本文主要介绍的是HTTP/1.1我们先讲解HTTP/1.1的进化史然后再介绍在进化过程中所遇到的各种瓶颈以及对应的解决方法。

超文本传输协议HTTP/0.9

首先我们来看看诞生最早的HTTP/0.9。

HTTP/0.9是于1991年提出的主要用于学术交流需求很简单——用来在网络之间传递HTML超文本的内容所以被称为超文本传输协议。

整体来看它的实现也很简单采用了基于请求响应的模式从客户端发出请求服务器返回数据。

下面我们就来看看HTTP/0.9的一个完整的请求流程可参考下图。

因为HTTP都是基于TCP协议的所以客户端先要根据IP地址、端口和服务器建立TCP连接而建立连接的过程就是TCP协议三次握手的过程。

服务器接收请求信息之后读取对应的HTML文件并将数据以ASCII字符流返回给客户端。

HTTP/0.9请求流程

总的来说当时的需求很简单就是用来传输体积很小的HTML文件所以HTTP/0.9的实现有以下三个特点。

第一个是只有一个请求行并没有HTTP请求头和请求体因为只需要一个请求行就可以完整表达客户端的需求了。

第二个是服务器也没有返回头信息这是因为服务器端并不需要告诉客户端太多信息只需要返回数据就可以了。

第三个是返回的文件内容是以ASCII字符流来传输的因为都是HTML格式的文件所以使用ASCII字节码来传输是最合适的。

HTTP/0.9虽然简单但是已经可以满足当时的需求了。

不过变化是这个世界永恒不变的主旋律1994年底出现了拨号上网服务同年网景又推出一款浏览器从此万维网就不局限于学术交流了而是进入了高速的发展阶段。

随之而来的是万维网联盟W3C和HTTP工作组HTTP-WG的创建它们致力于HTML的发展和HTTP的改进。

万维网的高速发展带来了很多新的需求而HTTP/0.9已经不能适用新兴网络的发展所以这时就需要一个新的协议来支撑新兴网络这就是HTTP/1.0诞生的原因。

不过在详细分析HTTP/1.0之前我们先来分析下新兴网络都带来了哪些新需求。

首先在浏览器中展示的不单是HTML文件了还包括了JavaScript、CSS、图片、音频、视频等不同类型的文件。

因此支持多种类型的文件下载是HTTP/1.0的一个核心诉求而且文件格式不仅仅局限于ASCII编码还有很多其他类型编码的文件。

文章开头我们说过HTTP是浏览器和服务器之间的通信语言不过HTTP/0.9在建立好连接之后只会发送类似GET

/index.html的简单请求命令并没有其他途径告诉服务器更多的信息如文件编码、文件类型等。

同样服务器是直接返回数据给浏览器的也没有其他途径告诉浏览器更多的关于服务器返回的文件信息。

这种简单的交流型形式无疑不能满足传输多种类型文件的需求那为了让客户端和服务器能更深入地交流HTTP/1.0引入了请求头和响应头它们都是以为Key-Value形式保存的在HTTP发送请求时会带上请求头信息服务器返回数据时会先返回响应头信息。

至于HTTP/1.0具体的请求流程你可以参考下图。

那HTTP/1.0是怎么通过请求头和响应头来支持多种不同类型的数据呢

首先浏览器需要知道服务器返回的数据是什么类型的然后浏览器才能根据不同的数据类型做针对性的处理。

其次由于万维网所支持的应用变得越来越广所以单个文件的数据量也变得越来越大。

为了减轻传输性能服务器会对数据进行压缩后再传输所以浏览器需要知道服务器压缩的方法。

再次由于万维网是支持全球范围的所以需要提供国际化的支持服务器需要对不同的地区提供不同的语言版本这就需要浏览器告诉服务器它想要什么语言版本的页面。

最后由于增加了各种不同类型的文件而每种文件的编码形式又可能不一样为了能够准确地读取文件浏览器需要知道文件的编码类型。

基于以上问题HTTP/1.0的方案是通过请求头和响应头来进行协商在发起请求时候会通过HTTP请求头告诉服务器它期待服务器返回什么类型的文件、采取什么形式的压缩、提供什么语言的文件以及文件的具体编码。

最终发送出来的请求头内容如下

accept:

zh-CN,zh其中第一行表示期望服务器返回html类型的文件第二行表示期望服务器可以采用gzip、deflate或者br其中的一种压缩方式第三行表示期望返回的文件编码是UTF-8或者ISO-8859-1第四行是表示期望页面的优先语言是中文。

服务器接收到浏览器发送过来的请求头信息之后会根据请求头的信息来准备响应数据。

不过有时候会有一些意外情况发生比如浏览器请求的压缩类型是gzip但是服务器不支持gzip只支持br压缩那么它会通过响应头中的content-encoding字段告诉浏览器最终的压缩类型也就是说最终浏览器需要根据响应头的信息来处理数据。

下面是一段响应头的数据信息

content-encoding:

charsetUTF-8其中第一行表示服务器采用了br的压缩方法第二行表示服务器返回的是html文件并且该文件的编码类型是UTF-8。

有了响应头的信息浏览器就会使用br方法来解压文件再按照UTF-8的编码格式来处理原始文件最后按照HTML的方式来解析该文件。

这就是HTTP/1.0支持多文件的一个基本的处理流程。

HTTP/1.0除了对多文件提供良好的支持外还依据当时实际的需求引入了很多其他的特性这些特性都是通过请求头和响应头来实现的。

下面我们来看看新增的几个典型的特性

有的请求服务器可能无法处理或者处理出错这时候就需要告诉浏览器服务器最终处理该请求的情况这就引入了状态码。

状态码是通过响应行的方式来通知浏览器的。

为了减轻服务器的压力在HTTP/1.0中提供了Cache机制用来缓存已经下载过的数据。

服务器需要统计客户端的基础信息比如Windows和macOS的用户数量分别是多少所以HTTP/1.0的请求头中还加入了用户代理的字段。

不过随着技术的继续发展需求也在不断迭代更新很快HTTP/1.0也不能满足需求了所以HTTP/1.1又在HTTP/1.0的基础之上做了大量的更新。

接下来我们来看看HTTP/1.0遇到了哪些主要的问题以及HTTP/1.1又是如何改进的。

改进持久连接

HTTP/1.0每进行一次HTTP通信都需要经历建立TCP连接、传输HTTP数据和断开TCP连接三个阶段如下图。

在当时由于通信的文件比较小而且每个页面的引用也不多所以这种传输形式没什么大问题。

但是随着浏览器普及单个页面中的图片文件越来越多有时候一个页面可能包含了几百个外部引用的资源文件如果在下载每个文件的时候都需要经历建立TCP连接、传输数据和断开连接这样的步骤无疑会增加大量无谓的开销。

为了解决这个问题HTTP/1.1中增加了持久连接的方法它的特点是在一个TCP连接上可以传输多个HTTP请求只要浏览器或者服务器没有明确断开连接那么该TCP连接会一直保持。

从上图可以看出HTTP的持久连接可以有效减少TCP建立连接和断开连接的次数这样的好处是减少了服务器额外的负担并提升整体HTTP的请求时长。

持久连接在HTTP/1.1中是默认开启的所以你不需要专门为了持久连接去HTTP请求头设置信息如果你不想要采用持久连接可以在HTTP请求头中加上Connection:

close。

目前浏览器中对于同一个域名默认允许同时建立6个TCP持久连接。

持久连接虽然能减少TCP的建立和断开次数但是它需要等待前面的请求返回之后才能进行下一次请求。

如果TCP通道中的某个请求因为某些原因没有及时返回那么就会阻塞后面的所有请求这就是著名的队头阻塞的问题。

HTTP/1.1中试图通过管线化的技术来解决队头阻塞的问题。

HTTP/1.1中的管线化是指将多个HTTP请求整批提交给服务器的技术虽然可以整批发送请求不过服务器依然需要根据请求顺序来回复浏览器的请求。

FireFox、Chrome都做过管线化的试验但是由于各种原因它们最终都放弃了管线化技术。

在HTTP/1.0中每个域名绑定了一个唯一的IP地址因此一个服务器只能支持一个域名。

但是随着虚拟主机技术的发展需要实现在一台物理主机上绑定多个虚拟主机每个虚拟主机都有自己的单独的域名这些单独的域名都公用同一个IP地址。

因此HTTP/1.1的请求头中增加了Host字段用来表示当前的域名地址这样服务器就可以根据不同的Host值做不同的处理。

在设计HTTP/1.0时需要在响应头中设置完整的数据大小如Content-Length:

901这样浏览器就可以根据设置的数据大小来接收数据。

不过随着服务器端的技术发展很多页面的内容都是动态生成的因此在传输数据之前并不知道最终的数据大小这就导致了浏览器不知道何时会接收完所有的文件数据。

transfer机制来解决这个问题服务器会将数据分割成若干个任意大小的数据块每个数据块发送时会附上上个数据块的长度最后使用一个零长度的块作为发送数据完成的标志。

这样就提供了对动态内容的支持。

客户端Cookie、安全机制

除此之外HTTP/1.1还引入了客户端Cookie机制和安全机制。

其中Cookie机制我们在《03

HTTP请求流程为什么很多站点第二次打开速度会很快》这篇文章中介绍过了而安全机制我们会在后面的安全模块中再做介绍这里就不赘述了。

本文我们重点强调了HTTP是浏览器和服务器的通信语言然后我们从需求演变的角度追溯了HTTP的发展史在诞生之初的HTTP/0.9因为需求简单所以和服务器之间的通信过程也相对简单。

由于万维网的快速崛起带来了大量新的需求其中最核心的一个就是需要支持多种类型的文件下载

为此HTTP/1.0中引入了请求头和响应头。

在支持多种类型文件下载的基础之上HTTP/1.0还提供了Cache机制、用户代理、状态码等一些基础信息。

但随着技术和需求的发展人们对文件传输的速度要求越来越高故又基于HTTP/1.0推出了HTTP/1.1增加了持久连接方法来提升连接效率同时还尝试使用管线化技术提升效率不过由于各种原因管线化技术最终被各大厂商放弃了。

除此之外HTTP/1.1还引入了Cookie、虚拟主机的支持、对动态内容的支持等特性。

虽然HTTP/1.1在HTTP/1.0的基础之上做了大量的优化但是由于一些效率问题始终很难解决所以最终还是被HTTP/2所取代这就是我们下一篇文章要介绍的内容了。