HTTP（超文本传输协议）作为Web通信的核心协议，具有简单，灵活易于扩展，无状态，明文传输，不安全的特点。

简单：基本报文格式是head+body的形式，头部信息也是key-value的简单文本形式，易于理解。

灵活和易于扩展：http工作在第七层应用层，https在http和tcp之间加入了ssl/tls的安全传输层，http把tcp换成了udp

HTTP/1.0

新机制：

  • 基本请求-响应模型：HTTP/1.0定义了客户端向服务器发送请求并接收响应的基本机制，支持GET、POST和HEAD方法。
  • 头部字段：引入了请求和响应的头部字段（如Content-Type、Content-Length），用于传递元数据。
  • 状态码：定义了状态码（如200 OK、404 Not Found）来表示请求的结果。
  • 单次连接：每个请求-响应对使用一个新的TCP连接。

解决的问题：

  • 提供了标准化的Web通信协议，使浏览器和服务器能够以统一的方式交换超文本数据。
  • 支持基本的HTML文档传输，奠定了Web发展的基础。

存在的问题：

  • 性能瓶颈：每次请求都需要建立和关闭TCP连接，导致高延迟和高开销（TCP三次握手和慢启动）。
  • 无持久连接：无法复用连接，效率低下，尤其是在加载包含多个资源的页面时。
  • 头部冗余：头部信息以纯文本传输，每次请求重复发送相同的头部数据，增加了带宽消耗。
  • 有限的功能：不支持复杂的功能，如缓存控制、内容协商或压缩。

HTTP/1.1

新机制：

  • 持久连接（Keep-Alive）：引入了Connection: Keep-Alive头部，允许在单个TCP连接上处理多个请求-响应对，减少连接建立的开销。
  • 管道化（Pipelining）：支持客户端在不等待响应的情况下连续发送多个请求，进一步减少延迟。

存在的问题：

  • 队头阻塞（HOL Blocking）：尽管支持管道化，但响应仍需按请求顺序返回，如果某个响应延迟，会阻塞后续响应。只解决了发送的队头响应问题，没有解决接收的队头阻塞
  • 管道化限制：管道化实现复杂，浏览器支持不一致，实际使用较少。
  • 头部冗余：头部仍以纯文本传输，未压缩，增加了带宽消耗。
  • 明文传输：HTTP/1.1默认不加密，存在安全隐患（如数据窃听和篡改）。

HTTP/2

新机制：

  • 二进制帧：将HTTP消息分为二进制帧（headers帧和data帧），取代了HTTP/1.x的文本格式，解析更高效。
  • 多路复用：在单个TCP连接上并行处理多个请求和响应，帧可以交错传输，消除了队头阻塞。
  • 头部压缩（HPACK）：使用专门的HPACK算法压缩头部，减少冗余数据传输。
  • 服务器推送（Server Push）：服务器可主动推送客户端可能需要的资源（如CSS、JS文件），无需等待客户端请求。
  • 流优先级：允许客户端指定流的优先级，优化资源加载顺序。
  • 流量控制：通过窗口机制控制数据传输，防止过载。

解决的问题：

  • 队头阻塞：多路复用允许并行处理请求和响应，显著降低延迟。
  • 带宽效率：头部压缩减少了元数据的传输开销，特别适合频繁的小请求。
  • 页面加载速度：服务器推送和优先级机制优化了资源加载，改善了用户体验。
  • 解析效率：二进制格式比文本格式更易于解析，减少了处理开销。

存在的问题：

  • TCP队头阻塞：虽然HTTP/2解决了应用层的队头阻塞，但TCP层的队头阻塞依然存在（丢包会导致整个连接暂停）。
  • 复杂性：二进制协议和多路复用增加了实现和调试的复杂性。
  • 依赖单一TCP连接：单个TCP连接的丢包或延迟会影响所有流，缺乏连接级并行性。
  • 仍需TLS：HTTP/2通常与TLS一起使用，增加了握手延迟和计算开销。

HTTP/3

新机制：

  • 基于QUIC协议：HTTP/3使用QUIC（基于UDP的协议）替代TCP，QUIC集成了传输层和加密功能。
  • 独立流控制：QUIC的每个流独立传输，解决了TCP的队头阻塞问题（一个流的丢包不影响其他流）。
  • 更快连接建立：QUIC将TLS握手与传输层握手合并，0-RTT（零往返时间）连接可重用会话数据，减少延迟。
  • 连接迁移：QUIC使用连接ID而非IP地址和端口，支持网络切换（如Wi-Fi到移动网络）而不中断连接。
  • 改进的拥塞控制：QUIC提供更灵活的拥塞控制算法，适应不同的网络环境。
  • 加密默认：QUIC内置TLS 1.3，数据传输始终加密。

解决的问题：

  • TCP队头阻塞：QUIC的独立流机制确保一个流的丢包不影响其他流，提升了性能。
  • 连接延迟：0-RTT和合并握手显著减少了连接建立时间，特别是在移动网络中。
  • 网络切换：连接迁移支持无缝切换网络，适合移动设备场景。
  • 安全性：内置加密提高了数据传输的安全性，减少了中间人攻击的风险。
  • 适应性：改进的拥塞控制算法更好地适应不稳定的网络环境。

存在的问题：

  • 部署复杂性：QUIC基于UDP，部分网络环境可能阻止UDP流量（如防火墙或NAT限制）。
  • 兼容性：HTTP/3需要服务器和客户端都支持QUIC，普及仍需时间。
  • CPU开销：QUIC的加密和流管理增加了计算开销，尤其在高负载场景下。
  • 不成熟的生态：工具和中间件的支持（如调试工具、代理服务器）尚未完全成熟。
  • 带宽竞争：多路复用可能导致流之间的带宽竞争，尤其在低带宽网络中。

总结对比

版本 核心机制 解决的问题 仍存在的问题
HTTP/1.0 基本请求-响应、头部字段、状态码 标准化Web通信 性能差、无持久连接、功能有限
HTTP/1.1 持久连接、管道化、分块传输、缓存 连接效率、动态内容、缓存优化 队头阻塞、头部冗余、不安全
HTTP/2 二进制分帧、多路复用、头部压缩、推送 应用层队头阻塞、带宽效率、加载速度 TCP队头阻塞、复杂性、依赖TLS
HTTP/3 QUIC、独立流、0-RTT、连接迁移 TCP队头阻塞、连接延迟、安全性 部署复杂、兼容性、CPU开销

补充说明

  • 演进趋势：HTTP从简单的文本协议发展为高效、安全的二进制协议，逐步解决了延迟、效率和安全问题，适应了现代Web的复杂需求（如低延迟、高并发、移动场景）。
  • 权衡：每代协议在引入新功能的同时也带来了新的复杂性，开发者需在性能和实现成本之间权衡。
  • 未来方向：HTTP/3仍在推广中，未来可能进一步优化QUIC的性能，解决UDP兼容性问题，并增强对边缘计算和物联网的支持。