HTTP1

HTTP1缺点

  1. 高延迟 — 队头阻塞(Head-Of-Line Blocking)
  2. 无状态特性 — 阻碍交互
  3. 明文传输 — 不安全性
  4. 不支持服务端推送

PS:

  1. 队头阻塞是指当顺序发送的请求序列中的一个请求因为某种原因被阻塞时，在后面排队的所有请求也一并被阻塞，会导致客户端迟迟收不到数据；
  2. 无状态是指协议对于连接状态没有记忆能力。纯净的 HTTP 是没有 cookie 等机制的，每一个连接都是一个新的连接。 Header里携带的内容过多，”大头儿子“；
  3. HTTP/1.1在传输数据时，所有传输的内容都是明文，客户端和服务器端都无法验证对方的身份，这在一定程度上无法保证数据的安全性。
  4. 只能从客户端向服务器端发起请求。

SPDY协议

谷歌公开了自行研发的 SPDY 协议，主要解决HTTP/1.1效率不高的问题。HTTP1.1主要问题就是安全不足和性能不高。

HTTP2

HTTP2新特性

  1. 二进制传输

HTTP/2 将请求和响应数据分割为更小的帧，并且它们采用二进制编码，二进制协议解析起来更高效。
HTTP/2 中，同域名下所有通信都在单个连接上完成，该连接可以承载任意数量的双向数据流。每个数据流都以消息的形式发送，而消息又由一个或多个帧组成。多个帧之间可以乱序发送，根据帧首部的流标识可以重新组装。

  1. Header压缩

HTTP/2在客户端和服务器两端建立“字典”，用索引号表示重复的字符串，还采用霍夫曼编码来压缩整数和字符串，可以达到50%~90%的高压缩率。
在客户端和服务器端使用“首部表”来跟踪和存储之前发送的键-值对，对于相同的数据，不再通过每次请求和响应发送；
例如下图中的两个请求，请求一发送了所有的头部字段，第二个请求则只需要发送差异数据，这样可以减少冗余数据，降低开销。

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  1. 多路复用

在 HTTP/2 中，有了二进制分帧之后，HTTP /2 不再依赖 TCP 链接去实现多流并行了，在 HTTP/2中:

  • 同域名下所有通信都在单个连接上完成。
  • 单个连接可以承载任意数量的双向数据流。

  • 数据流以消息的形式发送，而消息又由一个或多个帧组成，多个帧之间可以乱序发送，因为根据帧首部的流标识可以重新组装。

  • 同个域名只需要占用一个 TCP 连接，使用一个连接并行发送多个请求和响应,这样整个页面资源的下载过程只需要一次慢启动，同时也避免了多个TCP连接竞争带宽所带来的问题。

  • 并行交错地发送多个请求/响应，请求/响应之间互不影响。
  • 在HTTP/2中，每个请求都可以带一个31bit的优先值，0表示最高优先级， 数值越大优先级越低。有了这个优先值，客户端和服务器就可以在处理不同的流时采取不同的策略，以最优的方式发送流、消息和帧。

ps: 由浏览器根据资源类型、在发起 GET 请求时自动向 HTTP/2 的 PRIORITY 帧中追加优先级信息，对前端开发者来说是不透明的。但大体来说都是 HTML > CSS > Blocking Script > Font >= Image >= Async Script。

  1. Server Push 服务端推送

比如，在浏览器刚请求HTML的时候就提前把可能会用到的JS、CSS文件发给客户端，减少等待的延迟，这被称为”服务器推送“（ Server Push，也叫 Cache push）
服务端可以主动推送，客户端也有权利选择是否接收。如果服务端推送的资源已经被浏览器缓存过，浏览器可以通过发送RST_STREAM帧来拒收。主动推送也遵守同源策略，换句话说，服务器不能随便将第三方资源推送给客户端，而必须是经过双方确认才行。

  1. 提高安全性

出于兼容的考虑，HTTP/2延续了HTTP/1的“明文”特点，可以像以前一样使用明文传输数据，不强制使用加密通信，不过格式还是二进制，只是不需要解密。

但由于HTTPS已经是大势所趋，而且主流的浏览器Chrome、Firefox等都公开宣布只支持加密的HTTP/2，所以“事实上”的HTTP/2是加密的。也就是说，互联网上通常所能见到的HTTP/2都是使用”https”协议名，跑在TLS上面。HTTP/2协议定义了两个字符串标识符：“h2”表示加密的HTTP/2，“h2c”表示明文的HTTP/2。

HTTP/2 的缺点

主要是底层支撑的 TCP 协议造成的

  1. TCP 以及 TCP+TLS 建立连接的延时（三次握手，TLS链接建立）
  2. TCP 的队头阻塞并没有彻底解决（丢包问题）
  3. 多路复用导致服务器压力上升
  4. 多路复用容易 Timeout

RTT（Round-Trip Time）:
往返时延。表示从发送端发送数据开始，到发送端收到来自接收端的确认（接收端收到数据后便立即发送确认），总共经历的时延。

HTTP/2出现丢包时，整个 TCP 都要开始等待重传，那么就会阻塞该TCP连接中的所有请求（如下图）。而对于 HTTP/1.1 来说，可以开启多个 TCP 连接，出现这种情况反到只会影响其中一个连接，剩余的 TCP 连接还可以正常传输数据。

多路复用没有限制同时请求数。请求的平均数量与往常相同，但实际会有许多请求的短暂爆发，导致瞬时 QPS 暴增。

大批量的请求同时发送，由于 HTTP2 连接内存在多个并行的流，而网络带宽和服务器资源有限，每个流的资源会被稀释，虽然它们开始时间相差更短，但却都可能超时。

HTTP/3 新特性

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真正“完美”地解决了“队头阻塞”问题。

  1. 实现了快速握手功能 0RTT 建连可以说是 QUIC 相比 HTTP2 最大的性能优势；
  2. 集成了TLS加密功能
  3. 多路复用，彻底解决TCP中队头阻塞的问题

和TCP不同，QUIC实现了在同一物理连接上可以有多个独立的逻辑数据流（如下图）。实现了数据流的单独传输，就解决了TCP中队头阻塞的问题。

总结

  • HTTP/1.1有两个主要的缺点：安全不足和性能不高。
  • HTTP/2完全兼容HTTP/1，是“更安全的HTTP、更快的HTTPS”，二进制传输、头部压缩、多路复用、服务器推送等技术可以充分利用带宽，降低延迟，从而大幅度提高上网体验；
  • QUIC 基于 UDP 实现，是 HTTP/3 中的底层支撑协议，该协议基于 UDP，又取了 TCP 中的精华，实现了即快又可靠的协议。

参考

https://juejin.cn/post/6995109407545622542