HTTP/0.9、HTTP/1.0、HTTP/1.1、HTTP/2、HTTP/3、websocket之间的区别

[TieMuZhen]

HTTP是基于TCP/IP协议的应用层协议，它不涉及数据包的传输，主要规定了客户端和服务器之间的通信格式，默认使用80端口。

HTTP/0.9

该版本极其简单，只有一个GET请求。
特点：

• 只有一个GET请求；
• 没有 Header 等描述数据的信息；
• 一旦服务器发送数据完毕，就关闭TCP连接；
• 典型的无状态；
• 协议规定，服务器只能回应HTML格式的字符串，不能回应别的格式；

HTTP/1.0

相对上一版本：

• 任何格式的内容都可以发送，这使得互联网不仅可以传输文字，还能传输图像、视频、二进制。
• 除了GET命令，增加了POST、HEAD等命令，丰富了浏览器与服务器的互动手段；
• HTTP请求和回应格式也变了，除了数据部分，每次通信都必须包括头信息（HTTP header），用来描述一些元数据；
• 增加状态码（status code）、多字符集支持、多部分发送（multi-parttype)、权限（authorization)、缓存（cache）、内容编码
  （content encoding）等；

缺点

HTTP/1.0版的主要缺点是，每个TCP连接只能发送一个请求。发送数据完毕，连接就关闭，如果还要请求其他资源，就必须再新建一个连接。
TCP连接的新建成本很高，因为需要客户端和服务器三次握手，并且开始时发送速率较慢（slow start）。所以HTTP1.0版本的性能较差。随着网页加载的外部资源越来越多，问题就愈发突出。

问了解决这个问题，有些浏览器请求时，用了一个非标准Connection字段：

Connection: keep-alive

这个字段要求服务器不要关闭TCP连接，以便其他请求复用，服务器同样回应这个字段：

Connection: keep-alive

一个可以复用的TCP连接就建立了，直到客户端或服务器主动关闭连接。但是，这不是标准字段，不同实现的行为可能不一致，因此不是根本的解决办法。

HTTP/1.1

• 实现持久连接；
• 管道机制；
• Content-length字段；
• 分块传输编码，发送方将数据分成大小不等的数据片发送，避免过大信息引起的负载；
• 增加了options、put、delete、trace和connect五种请求方法;
• 新增了24个状态响应码；
• 客户端请求的头信息新增了Host字段，用来指定服务器的域名；

实现持久连接
1.1版本最大变化，引入了持久连接（persistent connection），即TCP连接默认不关闭，可以被多个请求复用，不用声明Connection: keep-alive。
客户端和服务端发现对方一段时间没有活动，可以主动关闭连接。不过，规范做法是，客户端在最后一个请求时，发送Connection: close，明确要求服务器关闭TCP连接。

Connection: close

目前对于同一个域名，大多数浏览器允许同时建立6个持久连接。

管道机制
1.1版本还引入管道机制（pipelining)，即在同一个TCP连接里面，客户端可以同时发送多个请求。这样进一步改进了HTTP协议的效率。

举例来说，客户端需要请求两个资源。以前的做法是，在同一个TCP连接里面，先发送A请求，然后等待服务器做出回应，收到后再发出B请求。管道机制则是允许浏览器同时发出A请求和B请求，但是服务器还是按照顺序，先回应A请求，完成后再回应B请求。

Content-length

一个TCP连接现在可以传送多个回应，势必就要有一种机制，区分数据包是属于哪一个回应的。这就是Content-length字段的作用，声明本次回应的数据长度。

Content-Length: 3495

上面代码告诉浏览器，本次回应的长度是3495个字节，后面的字节就属于下一个回应了。

在1.0版中，Content-Length字段不是必需的，因为浏览器发现服务器关闭了TCP连接，就表明收到的数据包已经全了。

分块传输编码
使用Content-Length字段的前提条件是，服务器发送回应之前，必须知道回应的数据长度。

对于一些很耗时的动态操作来说，这意味着，服务器要等到所有操作完成，才能发送数据，显然这样的效率不高。更好的处理方法是，产生一块数据，就发送一块，采用"流模式"（stream）取代"缓存模式"（buffer）。

因此，1.1版规定可以不使用Content-Length字段，而使用"分块传输编码"（chunked transfer encoding）。只要请求或回应的头信息有Transfer-Encoding字段，就表明回应将由数量未定的数据块组成。

Transfer-Encoding: chunked

每个非空的数据块之前，会有一个16进制的数值，表示这个块的长度。最后是一个大小为0的块，就表示本次回应的数据发送完了。

缺点

复用TCP连接，但是同一个TCP连接里面，所有的数据通信是按次序进行的。服务器只有处理完一个回应，才会进行下一个回应。要是前面的回应特别慢，后面就会有许多请求排队等着。这称为"队头堵塞"（Head-of-line blocking）。

为了避免这个问题，只有两种方法：一是减少请求数，二是同时多开持久连接。这导致了很多的网页优化技巧，比如合并脚本和样式表、将图片嵌入CSS代码、域名分片（domain sharding）等等。如果HTTP协议设计得更好一些，这些额外的工作是可以避免的。

HTTP/2

2015年，HTTP/2 发布。它不叫 HTTP/2.0，是因为标准委员会不打算再发布子版本了，下一个新版本将是 HTTP/3。

• 二进制协议，所有数据实现二进制传输，传输更加方便；
• 多路复用，同一个TCP连接内发送多次请求不再需要按照顺序来，实现并行传输，提高效率；；
• 数据流；
• 头信息压缩，以减少带宽；
• 服务器推送；

二进制协议
HTTP/1.1 版的头信息肯定是文本（ASCII编码），数据体可以是文本，也可以是二进制。HTTP/2 则是一个彻底的二进制协议，头信息和数据体都是二进制，并且统称为"帧"（frame）：头信息帧和数据帧。

二进制协议的一个好处是，可以定义额外的帧。HTTP/2 定义了近十种帧，为将来的高级应用打好了基础。如果使用文本实现这种功能，解析数据将会变得非常麻烦，二进制解析则方便得多。

多路复用
HTTP/2 复用TCP连接，在一个连接里，客户端和浏览器都可以同时发送多个请求或回应，而且不用按照顺序一一对应，这样就避免了"队头堵塞"。

为什么HTTP/1.1不能实现“多路复用”？
简单回答就是：HTTP/2是基于二进制“帧”的协议，HTTP/1.1是基于“文本分割”解析的协议。

数据流
因为 HTTP/2 的数据包是不按顺序发送的，同一个连接里面连续的数据包，可能属于不同的回应。因此，必须要对数据包做标记，指出它属于哪个回应。

HTTP/2 将每个请求或回应的所有数据包，称为一个数据流（stream）。每个数据流都有一个独一无二的编号。数据包发送的时候，都必须标记数据流ID，用来区分它属于哪个数据流。另外还规定，客户端发出的数据流，ID一律为奇数，服务器发出的，ID为偶数。

数据流发送到一半的时候，客户端和服务器都可以发送信号（RST_STREAM帧），取消这个数据流。1.1版取消数据流的唯一方法，就是关闭TCP连接。这就是说，HTTP/2 可以取消某一次请求，同时保证TCP连接还打开着，可以被其他请求使用。

客户端还可以指定数据流的优先级。优先级越高，服务器就会越早回应。

头信息压缩
HTTP 协议不带有状态，每次请求都必须附上所有信息。所以，请求的很多字段都是重复的，比如Cookie和User Agent，一模一样的内容，每次请求都必须附带，这会浪费很多带宽，也影响速度。

HTTP/2 对这一点做了优化，引入了头信息压缩机制（header compression）。一方面，头信息使用gzip或compress压缩后再发送；另一方面，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，以后就不发送同样字段了，只发送索引号，这样就提高速度了。

服务器推送
HTTP/2 允许服务器未经请求，主动向客户端发送资源，这叫做服务器推送（server push）。

常见场景是客户端请求一个网页，这个网页里面包含很多静态资源。正常情况下，客户端必须收到网页后，解析HTML源码，发现有静态资源，再发出静态资源请求。其实，服务器可以预期到客户端请求网页后，很可能会再请求静态资源，所以就主动把这些静态资源随着网页一起发给客户端了。

HTTP/3

• 基于google的QUIC协议，而quic协议是使用udp实现的
• 减少了tcp三次握手时间，以及tls握手时间
• 解决了http 2.0中前一个stream丢包导致后一个stream被阻塞的问题
• 优化了重传策略，重传包和原包的编号不同，降低后续重传计算的消耗
• 连接迁移，不再用tcp四元组确定一个连接，而是用一个64位随机数来确定这个连接
• 更合适的流量控制

websocket

• 服务端推送，实现服务端客户端全双工通信，基于TCP。websocket协议实现了客户端和服务端的双向通信，可以建立服务端主动向客户端发送数据。
• WebSocket是HTML5中新协议、新API。
• WebSocket是由http先发起的，然后再转为websocket连接。

HTTP 和 HTTPS区别

• HTTPS是HTTP协议的安全版本，HTTP协议的数据传输是明文的，是不安全的，HTTPS使用了SSL/TLS协议进行了加密处理，相对更安全
• HTTP 和 HTTPS 使用连接方式不同，默认端口也不一样，HTTP是80，HTTPS是443
• HTTPS 由于需要设计加密以及多次握手，性能方面不如 HTTP
• HTTPS需要SSL，SSL 证书需要钱，功能越强大的证书费用越高

参考文献

• HTTP 协议发展历史
• HTTP协议各版本的摘要与区别