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HTTP 協議是互聯網的基礎協議，也是網頁開發的必備知識，最新版本 HTTP 2 更是讓它成為技術熱點。
本文介紹 HTTP 協議的歷史演變和設計思路。
HTTP 是基于 TCP/IP 協議的應用層協議。它不涉及數據包(packet)傳輸，主要規定了客戶端和服務器之間的通信格式，默認使用80端口。
HTTP是Hyper Text Transfer Protocol（超文本傳輸協議）的縮寫,超文本傳輸協議）是用于從WWW服務器傳輸超文本到本地瀏覽器的傳送協議。它可以使瀏覽器更加高效，使網絡傳輸減少。
HTTP不僅保證計算機正確快速地傳輸超文本文檔，還確定傳輸文檔中的哪一部分，以及哪部分內容首先顯示(如文本先于圖形)等。 HTTP是一個應用層協議，由請求和響應構成，是一個標準的客戶端服務器模型。HTTP是一個無狀態的協議。
—-在TCP/IP協議棧中的位置
HTTP協議通常承載于TCP協議之上，有時也承載于TLS或SSL協議層之上，這個時候，就成了我們常說的HTTPS。如下圖所示：
默認HTTP的端口號為80，HTTPS的端口號為443。
—-HTTP的請求響應模型
HTTP協議永遠都是客戶端發起請求，服務器回送響應。見下圖：
這樣就限制了使用HTTP協議，無法實現在客戶端沒有發起請求的時候，服務器將消息推送給客戶端。 HTTP協議是一個無狀態的協議，同一個客戶端的這次請求和上次請求是沒有對應關系。
—-工作流程
一次HTTP操作稱為一個事務，其工作過程可分為四步：
1）首先客戶機與服務器需要建立連接。只要單擊某個超級鏈接，HTTP的工作開始。
2）建立連接后，客戶機發送一個請求給服務器，請求方式的格式為：統一資源標識符（URL）、協議版本號，后邊是MIME信息包括請求修飾符、客戶機信息和可能的內容。
3）服務器接到請求后，給予相應的響應信息，其格式為一個狀態行，包括信息的協議版本號、一個成功或錯誤的代碼，后邊是MIME信息包括服務器信息、實體信息和可能的內容。
4）客戶端接收服務器所返回的信息通過瀏覽器顯示在用戶的顯示屏上，然后客戶機與服務器斷開連接。 如果在以上過程中的某一步出現錯誤，那么產生錯誤的信息將返回到客戶端，有顯示屏輸出。對于用戶來說，這些過程是由HTTP自己完成的，用戶只要用鼠標點擊，等待信息顯示就可以了。
—-HTTP協議的主要特點可概括如下：
1.支持客戶/服務器模式。
2.簡單快速：客戶向服務器請求服務時，只需傳送請求方法和路徑。請求方法常用的有GET、HEAD、POST。每種方法規定了客戶與服務器聯系的類型不同。由于HTTP協議簡單，使得HTTP服務器的程序規模小，因而通信速度很快。
3.靈活：HTTP允許傳輸任意類型的數據對象。正在傳輸的類型由Content-Type加以標記。
4.無連接：無連接的含義是限制每次連接只處理一個請求。服務器處理完客戶的請求，并收到客戶的應答后，即斷開連接。采用這種方式可以節省傳輸時間。
5.無狀態：HTTP協議是無狀態協議。無狀態是指協議對于事務處理沒有記憶能力。缺少狀態意味著如果后續處理需要前面的信息，則它必須重傳，這樣可能導致每次連接傳送的數據量增大。另一方面，在服務器不需要先前信息時它的應答就較快。
以下是“HTTP 協議的歷史演變和設計思路”部分
最早版本是1991年發布的0.9版。該版本極其簡單，只有一個命令GET。
GET /index.html11
上面命令表示，TCP 連接(connection)建立后，客戶端向服務器請求(request)網頁index.html。
協議規定，服務器只能回應HTML格式的字符串，不能回應別的格式。
Hello World11
服務器發送完畢，就關閉TCP連接。
1996年5月，HTTP/1.0 版本發布，內容大大增加。
首先，任何格式的內容都可以發送。這使得互聯網不僅可以傳輸文字，還能傳輸圖像、視頻、二進制文件。這為互聯網的大發展奠定了基礎。
其次，除了GET命令，還引入了POST命令和HEAD命令，豐富了瀏覽器與服務器的互動手段。
再次，HTTP請求和回應的格式也變了。除了數據部分，每次通信都必須包括頭信息(HTTP header)，用來描述一些元數據。
其他的新增功能還包括狀態碼(status code)、多字符集支持、多部分發送(multi-part type)、權限(authorization)、緩存(cache)、內容編碼(content encoding)等。
下面是一個1.0版的HTTP請求的例子。
GET / HTTP/1.0User-Agent： Mozilla/5.0 (Macintosh; Intel Mac OS X 10_10_5)Accept： */*11
可以看到，這個格式與0.9版有很大變化。
第一行是請求命令，必須在尾部添加協議版本(HTTP/1.0)。后面就是多行頭信息，描述客戶端的情況。
服務器的回應如下。
HTTP/1.0 200 OK Content-Type： text/plainContent-Length： 137582Expires： Thu， 05 Dec 1997 16：00：00 GMTLast-Modified： Wed， 5 August 1996 15：55：28 GMTServer： Apache 0.84Hello World12341234
回應的格式是”頭信息 + 一個空行(\r\n) + 數據”。其中，第一行是”協議版本 + 狀態碼(status code) + 狀態描述”。
關于字符的編碼，1.0版規定，頭信息必須是 ASCII 碼，后面的數據可以是任何格式。因此，服務器回應的時候，必須告訴客戶端，數據是什么格式，這就是Content-Type字段的作用。
下面是一些常見的Content-Type字段的值。
text/plaintext/htmltext/css p_w_picpath/jpeg p_w_picpath/png p_w_picpath/svg+xml audio/mp4 video/mp4application/javascriptapplication/pdfapplication/zipapplication/atom+xml12345678910111213141516171819202122231234567891011121314151617181920212223
這些數據類型總稱為MIME type，每個值包括一級類型和二級類型，之間用斜杠分隔。
除了預定義的類型，廠商也可以自定義類型。
application/vnd.debian.binary-package11
上面的類型表明，發送的是Debian系統的二進制數據包。
MIME type還可以在尾部使用分號，添加參數。
Content-Type： text/html; charset=utf-811
上面的類型表明，發送的是網頁，而且編碼是UTF-8。
客戶端請求的時候，可以使用Accept字段聲明自己可以接受哪些數據格式。
Accept： */*11
上面代碼中，客戶端聲明自己可以接受任何格式的數據。
MIME type不僅用在HTTP協議，還可以用在其他地方，比如HTML網頁。
由于發送的數據可以是任何格式，因此可以把數據壓縮后再發送。Content-Encoding字段說明數據的壓縮方法。
Content-Encoding： gzipContent-Encoding： compressContent-Encoding： deflate11
客戶端在請求時，用Accept-Encoding字段說明自己可以接受哪些壓縮方法。
Accept-Encoding： gzip， deflate11
HTTP/1.0 版的主要缺點是，每個TCP連接只能發送一個請求。發送數據完畢，連接就關閉，如果還要請求其他資源，就必須再新建一個連接。
TCP連接的新建成本很高，因為需要客戶端和服務器三次握手，并且開始時發送速率較慢(slow start)。所以，HTTP 1.0版本的性能比較差。隨著網頁加載的外部資源越來越多，這個問題就愈發突出了。
為了解決這個問題，有些瀏覽器在請求時，用了一個非標準的Connection字段。
Connection： keep-alive11
這個字段要求服務器不要關閉TCP連接，以便其他請求復用。服務器同樣回應這個字段。
Connection： keep-alive11
一個可以復用的TCP連接就建立了，直到客戶端或服務器主動關閉連接。但是，這不是標準字段，不同實現的行為可能不一致，因此不是根本的解決辦法。
1997年1月，HTTP/1.1 版本發布，只比 1.0 版本晚了半年。它進一步完善了 HTTP 協議，一直用到了20年后的今天，直到現在還是最流行的版本。
1.1 版的最大變化，就是引入了持久連接(persistent connection)，即TCP連接默認不關閉，可以被多個請求復用，不用聲明Connection： keep-alive。
客戶端和服務器發現對方一段時間沒有活動，就可以主動關閉連接。不過，規范的做法是，客戶端在最后一個請求時，發送Connection： close，明確要求服務器關閉TCP連接。
Connection： close
目前，對于同一個域名，大多數瀏覽器允許同時建立6個持久連接。
1.1 版還引入了管道機制(pipelining)，即在同一個TCP連接里面，客戶端可以同時發送多個請求。這樣就進一步改進了HTTP協議的效率。
舉例來說，客戶端需要請求兩個資源。以前的做法是，在同一個TCP連接里面，先發送A請求，然后等待服務器做出回應，收到后再發出B請求。管道機制則是允許瀏覽器同時發出A請求和B請求，但是服務器還是按照順序，先回應A請求，完成后再回應B請求。
一個TCP連接現在可以傳送多個回應，勢必就要有一種機制，區分數據包是屬于哪一個回應的。這就是Content-length字段的作用，聲明本次回應的數據長度。
Content-Length： 349511
上面代碼告訴瀏覽器，本次回應的長度是3495個字節，后面的字節就屬于下一個回應了。
在1.0版中，Content-Length字段不是必需的，因為瀏覽器發現服務器關閉了TCP連接，就表明收到的數據包已經全了。
使用Content-Length字段的前提條件是，服務器發送回應之前，必須知道回應的數據長度。
對于一些很耗時的動態操作來說，這意味著，服務器要等到所有操作完成，才能發送數據，顯然這樣的效率不高。更好的處理方法是，產生一塊數據，就發送一塊，采用”流模式”(stream)取代”緩存模式”(buffer)。
因此，1.1版規定可以不使用Content-Length字段，而使用”分塊傳輸編碼”(chunked transfer encoding)。只要請求或回應的頭信息有Transfer-Encoding字段，就表明回應將由數量未定的數據塊組成。
Transfer-Encoding： chunked
每個非空的數據塊之前，會有一個16進制的數值，表示這個塊的長度。最后是一個大小為0的塊，就表示本次回應的數據發送完了。下面是一個例子。
HTTP/1.1 200 OKContent-Type： text/plainTransfer-Encoding： chunked25This is the data in the first chunk1Cand this is the second one3con8sequence01234567891012345678910
1.1版還新增了許多動詞方法：PUT、PATCH、HEAD、 OPTIONS、DELETE。
另外，客戶端請求的頭信息新增了Host字段，用來指定服務器的域名。
Host： www.example.com11
有了Host字段，就可以將請求發往同一臺服務器上的不同網站，為虛擬主機的興起打下了基礎。
雖然1.1版允許復用TCP連接，但是同一個TCP連接里面，所有的數據通信是按次序進行的。服務器只有處理完一個回應，才會進行下一個回應。要是前面的回應特別慢，后面就會有許多請求排隊等著。這稱為”隊頭堵塞”(Head-of-line blocking)。
為了避免這個問題，只有兩種方法：一是減少請求數，二是同時多開持久連接。這導致了很多的網頁優化技巧，比如合并腳本和樣式表、將圖片嵌入CSS代碼、域名分片(domain sharding)等等。如果HTTP協議設計得更好一些，這些額外的工作是可以避免的。
2009年，谷歌公開了自行研發的 SPDY 協議，主要解決 HTTP/1.1 效率不高的問題。
這個協議在Chrome瀏覽器上證明可行以后，就被當作 HTTP/2 的基礎，主要特性都在 HTTP/2 之中得到繼承。
2015年，HTTP/2 發布。它不叫 HTTP/2.0，是因為標準委員會不打算再發布子版本了，下一個新版本將是 HTTP/3。
HTTP/1.1 版的頭信息肯定是文本(ASCII編碼)，數據體可以是文本，也可以是二進制。HTTP/2 則是一個徹底的二進制協議，頭信息和數據體都是二進制，并且統稱為”幀”(frame)：頭信息幀和數據幀。
二進制協議的一個好處是，可以定義額外的幀。HTTP/2 定義了近十種幀，為將來的高級應用打好了基礎。如果使用文本實現這種功能，解析數據將會變得非常麻煩，二進制解析則方便得多。
HTTP/2 復用TCP連接，在一個連接里，客戶端和瀏覽器都可以同時發送多個請求或回應，而且不用按照順序一一對應，這樣就避免了”隊頭堵塞”。
舉例來說，在一個TCP連接里面，服務器同時收到了A請求和B請求，于是先回應A請求，結果發現處理過程非常耗時，于是就發送A請求已經處理好的部分， 接著回應B請求，完成后，再發送A請求剩下的部分。
這樣雙向的、實時的通信，就叫做多工(Multiplexing)。
因為 HTTP/2 的數據包是不按順序發送的，同一個連接里面連續的數據包，可能屬于不同的回應。因此，必須要對數據包做標記，指出它屬于哪個回應。
HTTP/2 將每個請求或回應的所有數據包，稱為一個數據流(stream)。每個數據流都有一個獨一無二的編號。數據包發送的時候，都必須標記數據流ID，用來區分它屬于哪個數據流。另外還規定，客戶端發出的數據流，ID一律為奇數，服務器發出的，ID為偶數。
數據流發送到一半的時候，客戶端和服務器都可以發送信號(RST_STREAM幀)，取消這個數據流。1.1版取消數據流的唯一方法，就是關閉TCP連接。這就是說，HTTP/2 可以取消某一次請求，同時保證TCP連接還打開著，可以被其他請求使用。
客戶端還可以指定數據流的優先級。優先級越高，服務器就會越早回應。
HTTP 協議不帶有狀態，每次請求都必須附上所有信息。所以，請求的很多字段都是重復的，比如Cookie和User Agent，一模一樣的內容，每次請求都必須附帶，這會浪費很多帶寬，也影響速度。
HTTP/2
對這一點做了優化，引入了頭信息壓縮機制(header compression)。一方面，頭信息使用gzip或compress壓縮后再發送;另一方面，客戶端和服務器同時維護一張頭信息表，所有字段都會存入這個表，生成一個索引號，以后就不發送同樣字段了，只發送索引號，這樣就提高速度了。
HTTP/2 允許服務器未經請求，主動向客戶端發送資源，這叫做服務器推送(server push)。
常見場景是客戶端請求一個網頁，這個網頁里面包含很多靜態資源。正常情況下，客戶端必須收到網頁后，解析HTML源碼，發現有靜態資源，再發出靜態 資源請求。其實，服務器可以預期到客戶端請求網頁后，很可能會再請求靜態資源，所以就主動把這些靜態資源隨著網頁一起發給客戶端了。
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