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HTTP 的演化历程

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HTTP/0.9 -> HTTP/1.0 -> HTTP/1.1 -> HTTP/2 -> HTTP/3，一代更比一代强，一浪更比一浪强，前浪拍死在沙滩上！

HTTP/0.9 -> HTTP/1.0

参考 MDN-HTTP 的发展

HTTP/1.0 -> HTTP/1.1

HTTP/1.1 相比 HTTP/1.0 在性能上的改进

  • 使用长连接的方式改善了 HTTP/1.0 短连接造成的性能开销；
  • 支持管道网络传输，即请求可以连续发送，不需要等待前一个请求的响应，这可以减少整体的响应时间。

HTTP/1.1 的性能瓶颈

  • 请求 / 响应头部较重，未经压缩就发送，首部信息越多延迟越大；
  • 每次都要发送冗长的首部，浪费资源；
  • Server 是按照请求的顺序响应的，如果 Server 响应慢，会导致 Client 一直得不到响应，造成队头阻塞；
  • 没有请求优先级控制；
  • 请求只能从 Client 开始，Server 不能够主动推送，只能够被动响应。

HTTP/1.1 -> HTTP/2

HTTP/2 基于 HTTPS 的，因此 HTTP/2 在安全性是有保障的。

HTTP/2 相比 HTTP/1.1 在性能上的改进

1）头部压缩

Security and performance of HPACK

HTTP/2 使用 HPACK 算法压缩头部信息，做法是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，之后请求只发送索引号，提高效率。

2）二进制格式

Binary framing layer

HTTP/2 报文是以二进制格式，头信息和数据体都是二进制，并且统称为帧（frame）：头信息帧（Headers Frame）和数据帧（Data Frame），提高了数据传输的效率，

3）并发传输

Request and response multiplexing

1 个 TCP 连接包含多个 Stream，Stream 里可以包含 1 个或多个 Message，Message 对应 HTTP/1 中的请求或响应，由 HTTP 头部和包体构成。Message 里包含一条或者多个 Frame，Frame 是 HTTP/2 最小单位，以二进制压缩格式存放 HTTP/1 中的内容（头部和包体）。

针对不同的 HTTP 请求用独一无二的 Stream ID 来区分，接收端可以通过 Stream ID 有序组装成 HTTP 消息，不同 Stream 的帧是可以乱序发送的，因此可以并发不同的 Stream ，也就是 HTTP/2 可以并行交错地发送请求和响应。

4）服务器主动推送资源

Server push

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。

客户端和服务器双方都可以建立 Stream， Stream ID 也是有区别的，客户端建立的 Stream 必须是奇数号，而服务器建立的 Stream 必须是偶数号。

HTTP/2 的缺陷

HTTP/2 虽然解决了应用层的队头阻塞，但是在传输层，也就是 TCP 层还是存在「队头阻塞」的问题。

HTTP/2 是基于 TCP 协议来传输数据的，TCP 是字节流协议，TCP 层必须保证收到的字节数据是完整且连续的，这样内核才会将缓冲区里的数据返回给 HTTP 应用，那么当「前 1 个字节数据」没有到达时，后收到的字节数据只能存放在内核缓冲区里，只有等到这 1 个字节数据到达时，HTTP/2 应用层才能从内核中拿到数据，这就是 HTTP/2 队头阻塞问题。

HTTP/2 -> HTTP/3

HTTP/3 是基于 UDP 协议的，也就是 QUIC 协议。

QUIC 协议的特点

1）无队头阻塞

QUIC 协议也有 Stream 与多路复用的概念，也是可以在同一条连接上并发传输多个 Stream，Stream 可以认为就是一条 HTTP 请求。当某个流发生丢包时，只会阻塞这个流，其他流不会受到影响，因此不存在队头阻塞问题。因此，QUIC 连接上的多个 Stream 之间并没有依赖，都是独立的，某个流发生丢包了，只会影响该流，其他流不受影响。

2）更快的连接建立

对于 HTTP/1 和 HTTP/2 协议而言，TCP 和 TLS 是分层的，分别属于内核实现的传输层、openssl 库实现的表示层，因此它们难以合并在一起，需要分批次来握手，先 TCP 握手，再 TLS 握手。而 HTTP/3 的 QUIC 协议并不是与 TLS 分层，而是 QUIC 内部包含了 TLS，它在自己的帧会携带 TLS 里的“记录”，再加上 QUIC 使用的是 TLS/1.3，因此仅需 1 个 RTT 就可以「同时」完成建立连接与密钥协商。在第二次连接的时候，应用数据包可以和 QUIC 握手信息（连接信息 + TLS 信息）一起发送，达到 0-RTT 的效果。

3）连接迁移

基于 TCP 传输协议的 HTTP 协议，由于是通过四元组（源 IP、源端口、目的 IP、目的端口）确定一条 TCP 连接。那么当移动设备的网络切换时，意味着 IP 地址变化了，那么就必须要断开连接，然后重新建立连接，而建立连接的过程包含 TCP 三次握手和 TLS 四次握手的时延，以及 TCP 慢启动的减速过程，用户的感觉就是网络突然卡顿了一下，因此连接的迁移成本是很高的。

而 QUIC 是通过连接 ID 来标记通信的两个端点，客户端和服务器可以各自选择一组 ID 来标记自己，因此即使移动设备的网络变化后，导致 IP 地址变化了，只要仍保有上下文信息（比如连接 ID、TLS 密钥等），就可以“无缝”地复用原连接，消除重连的成本，没有丝毫卡顿感，达到了连接迁移的功能。

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