作為一個經(jīng)常和web打交道的程序員，了解這些協(xié)議是必須的，本文就向大家介紹一下這些協(xié)議的區(qū)別和基本概念，文中可能不局限于前端知識，還包括一些運維，協(xié)議方面的知識，希望能給讀者帶來一些收獲，如有不對之處還請指出。
1. web始祖HTTP
全稱：超文本傳輸協(xié)議(HyperText Transfer Protocol) 伴隨著計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和瀏覽器的誕生，HTTP1.0也隨之而來，處于計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用層，HTTP是建立在TCP協(xié)議之上，所以HTTP協(xié)議的瓶頸及其優(yōu)化技巧都是基于TCP協(xié)議本身的特性，例如tcp建立連接的3次握手和斷開連接的4次揮手以及每次建立連接帶來的RTT延遲時間。
2. HTTP與現(xiàn)代化瀏覽器
早在HTTP建立之初，主要就是為了將超文本標(biāo)記語言(HTML)文檔從Web服務(wù)器傳送到客戶端的瀏覽器。也是說對于前端來說，我們所寫的HTML頁面將要放在我們的web服務(wù)器上，用戶端通過瀏覽器訪問url地址來獲取網(wǎng)頁的顯示內(nèi)容，但是到了WEB2.0以來，我們的頁面變得復(fù)雜，不僅僅單純的是一些簡單的文字和圖片，同時我們的HTML頁面有了CSS，Javascript，來豐富我們的頁面展示，當(dāng)ajax的出現(xiàn)，我們又多了一種向服務(wù)器端獲取數(shù)據(jù)的方法，這些其實都是基于HTTP協(xié)議的。同樣到了移動互聯(lián)網(wǎng)時代，我們頁面可以跑在手機(jī)端瀏覽器里面，但是和PC相比，手機(jī)端的網(wǎng)絡(luò)情況更加復(fù)雜，這使得我們開始了不得不對HTTP進(jìn)行深入理解并不斷優(yōu)化過程中。
3. HTTP的基本優(yōu)化
影響一個HTTP網(wǎng)絡(luò)請求的因素主要有兩個：帶寬和延遲。
- 帶寬：如果說我們還停留在撥號上網(wǎng)的階段，帶寬可能會成為一個比較嚴(yán)重影響請求的問題，但是現(xiàn)在網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)建設(shè)已經(jīng)使得帶寬得到極大的提升，我們不再會擔(dān)心由帶寬而影響網(wǎng)速，那么就只剩下延遲了。
- 延遲：
- 瀏覽器阻塞（HOL blocking）：瀏覽器會因為一些原因阻塞請求。瀏覽器對于同一個域名，同時只能有 4 個連接（這個根據(jù)瀏覽器內(nèi)核不同可能會有所差異），超過瀏覽器最大連接數(shù)限制，后續(xù)請求就會被阻塞。
- DNS 查詢（DNS Lookup）：瀏覽器需要知道目標(biāo)服務(wù)器的 IP 才能建立連接。將域名解析為 IP 的這個系統(tǒng)就是 DNS。這個通常可以利用DNS緩存結(jié)果來達(dá)到減少這個時間的目的。
- 建立連接（Initial connection）：HTTP 是基于 TCP 協(xié)議的，瀏覽器最快也要在第三次握手時才能捎帶 HTTP 請求報文，達(dá)到真正的建立連接，但是這些連接無法復(fù)用會導(dǎo)致每次請求都經(jīng)歷三次握手和慢啟動。三次握手在高延遲的場景下影響較明顯，慢啟動則對文件類大請求影響較大。
4. HTTP1.0和HTTP1.1的一些區(qū)別
HTTP1.0最早在網(wǎng)頁中使用是在1996年，那個時候只是使用一些較為簡單的網(wǎng)頁上和網(wǎng)絡(luò)請求上，而HTTP1.1則在1999年才開始廣泛應(yīng)用于現(xiàn)在的各大瀏覽器網(wǎng)絡(luò)請求中，同時HTTP1.1也是當(dāng)前使用最為廣泛的HTTP協(xié)議。 主要區(qū)別主要體現(xiàn)在：
- 緩存處理，在HTTP1.0中主要使用header里的If-Modified-Since,Expires來做為緩存判斷的標(biāo)準(zhǔn)，HTTP1.1則引入了更多的緩存控制策略例如Entity tag，If-Unmodified-Since, If-Match, If-None-Match等更多可供選擇的緩存頭來控制緩存策略。
- 帶寬優(yōu)化及網(wǎng)絡(luò)連接的使用，HTTP1.0中，存在一些浪費帶寬的現(xiàn)象，例如客戶端只是需要某個對象的一部分，而服務(wù)器卻將整個對象送過來了，并且不支持?jǐn)帱c續(xù)傳功能，HTTP1.1則在請求頭引入了range頭域，它允許只請求資源的某個部分，即返回碼是206（Partial Content），這樣就方便了開發(fā)者自由的選擇以便于充分利用帶寬和連接。
- 錯誤通知的管理，在HTTP1.1中新增了24個錯誤狀態(tài)響應(yīng)碼，如409（Conflict）表示請求的資源與資源的當(dāng)前狀態(tài)發(fā)生沖突；410（Gone）表示服務(wù)器上的某個資源被永久性的刪除。
- Host頭處理，在HTTP1.0中認(rèn)為每臺服務(wù)器都綁定一個唯一的IP地址，因此，請求消息中的URL并沒有傳遞主機(jī)名（hostname）。但隨著虛擬主機(jī)技術(shù)的發(fā)展，在一臺物理服務(wù)器上可以存在多個虛擬主機(jī)（Multi-homed Web Servers），并且它們共享一個IP地址。HTTP1.1的請求消息和響應(yīng)消息都應(yīng)支持Host頭域，且請求消息中如果沒有Host頭域會報告一個錯誤（400 Bad Request）。
- 長連接，HTTP 1.1支持長連接（PersistentConnection）和請求的流水線（Pipelining）處理，在一個TCP連接上可以傳送多個HTTP請求和響應(yīng)，減少了建立和關(guān)閉連接的消耗和延遲，在HTTP1.1中默認(rèn)開啟Connection： keep-alive，一定程度上彌補了HTTP1.0每次請求都要創(chuàng)建連接的缺點。以下是常見的HTTP1.0：
區(qū)別用一張圖來體現(xiàn)：
5. HTTP1.0和1.1現(xiàn)存的一些問題
- 上面提到過的，HTTP1.x在傳輸數(shù)據(jù)時，每次都需要重新建立連接，無疑增加了大量的延遲時間，特別是在移動端更為突出。
- HTTP1.x在傳輸數(shù)據(jù)時，所有傳輸?shù)膬?nèi)容都是明文，客戶端和服務(wù)器端都無法驗證對方的身份，這在一定程度上無法保證數(shù)據(jù)的安全性。
- HTTP1.x在使用時，header里攜帶的內(nèi)容過大，在一定程度上增加了傳輸?shù)某杀?，并且每次請求header基本不怎么變化，尤其在移動端增加用戶流量。
- 雖然HTTP1.x支持了keep-alive，來彌補多次創(chuàng)建連接產(chǎn)生的延遲，但是keep-alive使用多了同樣會給服務(wù)端帶來大量的性能壓力，并且對于單個文件被不斷請求的服務(wù)(例如圖片存放網(wǎng)站)，keep-alive可能會極大的影響性能，因為它在文件被請求之后還保持了不必要的連接很長時間。
6. HTTPS應(yīng)聲而出
為了解決以上問題，網(wǎng)景在1994年創(chuàng)建了HTTPS，并應(yīng)用在網(wǎng)景導(dǎo)航者瀏覽器中。 最初，HTTPS是與SSL一起使用的；在SSL逐漸演變到TLS時（其實兩個是一個東西，只是名字不同而已），最新的HTTPS也由在2000年五月公布的RFC 2818正式確定下來。簡單來說，HTTPS就是安全版的HTTP，并且由于當(dāng)今時代對安全性要求更高，chrome和firefox都大力支持網(wǎng)站使用HTTPS，蘋果也在ios 10系統(tǒng)中強制app使用HTTPS來傳輸數(shù)據(jù)，由此可見HTTPS勢在必行。
7. HTTPS與HTTP的一些區(qū)別
- HTTPS協(xié)議需要到CA申請證書，一般免費證書很少，需要交費。
- HTTP協(xié)議運行在TCP之上，所有傳輸?shù)膬?nèi)容都是明文，HTTPS運行在SSL/TLS之上，SSL/TLS運行在TCP之上，所有傳輸?shù)膬?nèi)容都經(jīng)過加密的。
- HTTP和HTTPS使用的是完全不同的連接方式，用的端口也不一樣，前者是80，后者是443。
- HTTPS可以有效的防止運營商劫持，解決了防劫持的一個大問題。
8. HTTPS改造
如果一個網(wǎng)站要全站由HTTP替換成HTTPS，可能需要關(guān)注以下幾點：
- 安裝CA證書，一般的證書都是需要收費的，這邊推薦一個比較好的購買證書網(wǎng)站：1），免費，快捷，支持多域名（不是通配符），三條命令即時簽署+導(dǎo)出證書。缺點是暫時只有三個月有效期，到期需續(xù)簽。2Comodo PositiveSSL，收費，但是比較穩(wěn)定。
- 在購買證書之后，在證書提供的網(wǎng)站上配置自己的域名，將證書下載下來之后，配置自己的web服務(wù)器，同時進(jìn)行代碼改造。
- HTTPS 降低用戶訪問速度。SSL握手，HTTPS 對速度會有一定程度的降低，但是只要經(jīng)過合理優(yōu)化和部署，HTTPS 對速度的影響完全可以接受。在很多場景下，HTTPS 速度完全不遜于 HTTP，如果使用 SPDY，HTTPS 的速度甚至還要比 HTTP 快。
- 相對于HTTPS降低訪問速度，其實更需要關(guān)心的是服務(wù)器端的CPU壓力，HTTPS中大量的密鑰算法計算，會消耗大量的CPU資源，只有足夠的優(yōu)化，HTTPS 的機(jī)器成本才不會明顯增加。
推薦一則淘寶網(wǎng)改造HTTPS的文章。
9. 使用SPDY加快你的網(wǎng)站速度
2012年google如一聲驚雷提出了SPDY的方案，大家才開始從正面看待和解決老版本HTTP協(xié)議本身的問題，SPDY可以說是綜合了HTTPS和HTTP兩者有點于一體的傳輸協(xié)議，主要解決：
- 降低延遲，針對HTTP高延遲的問題，SPDY優(yōu)雅的采取了多路復(fù)用（multiplexing）。多路復(fù)用通過多個請求stream共享一個tcp連接的方式，解決了HOL blocking的問題，降低了延遲同時提高了帶寬的利用率。
- 請求優(yōu)先級（request prioritization）。多路復(fù)用帶來一個新的問題是，在連接共享的基礎(chǔ)之上有可能會導(dǎo)致關(guān)鍵請求被阻塞。SPDY允許給每個request設(shè)置優(yōu)先級，這樣重要的請求就會優(yōu)先得到響應(yīng)。比如瀏覽器加載首頁，首頁的html內(nèi)容應(yīng)該優(yōu)先展示，之后才是各種靜態(tài)資源文件，腳本文件等加載，這樣可以保證用戶能第一時間看到網(wǎng)頁內(nèi)容。
- header壓縮。前面提到HTTP1.x的header很多時候都是重復(fù)多余的。選擇合適的壓縮算法可以減小包的大小和數(shù)量。
- 基于HTTPS的加密協(xié)議傳輸，大大提高了傳輸數(shù)據(jù)的可靠性。
- 服務(wù)端推送（server push），采用了SPDY的網(wǎng)頁，例如我的網(wǎng)頁有一個sytle.css的請求，在客戶端收到sytle.css數(shù)據(jù)的同時，服務(wù)端會將sytle.js的文件推送給客戶端，當(dāng)客戶端再次嘗試獲取sytle.js時就可以直接從緩存中獲取到，不用再發(fā)請求了。SPDY構(gòu)成圖：
SPDY位于HTTP之下，TCP和SSL之上，這樣可以輕松兼容老版本的HTTP協(xié)議(將HTTP1.x的內(nèi)容封裝成一種新的frame格式)，同時可以使用已有的SSL功能。
兼容性：
10. HTTP2.0的前世今生
顧名思義有了HTTP1.x，那么HTTP2.0也就順理成章的出現(xiàn)了。HTTP2.0可以說是SPDY的升級版（其實原本也是基于SPDY設(shè)計的），但是，HTTP2.0 跟 SPDY 仍有不同的地方，主要是以下兩點：
- HTTP2.0 支持明文 HTTP 傳輸，而 SPDY 強制使用 HTTPS
- HTTP2.0 消息頭的壓縮算法采用 HPACK，而非 SPDY 采用的 DEFLATE
11. HTTP2.0的新特性
- 新的二進(jìn)制格式（Binary Format），HTTP1.x的解析是基于文本?；谖谋緟f(xié)議的格式解析存在天然缺陷，文本的表現(xiàn)形式有多樣性，要做到健壯性考慮的場景必然很多，二進(jìn)制則不同，只認(rèn)0和1的組合?；谶@種考慮HTTP2.0的協(xié)議解析決定采用二進(jìn)制格式，實現(xiàn)方便且健壯。
- 多路復(fù)用（MultiPlexing），即連接共享，即每一個request都是是用作連接共享機(jī)制的。一個request對應(yīng)一個id，這樣一個連接上可以有多個request，每個連接的request可以隨機(jī)的混雜在一起，接收方可以根據(jù)request的 id將request再歸屬到各自不同的服務(wù)端請求里面。多路復(fù)用原理圖：
- header壓縮，如上文中所言，對前面提到過HTTP1.x的header帶有大量信息，而且每次都要重復(fù)發(fā)送，HTTP2.0使用encoder來減少需要傳輸?shù)膆eader大小，通訊雙方各自cache一份header fields表，既避免了重復(fù)header的傳輸，又減小了需要傳輸?shù)拇笮 ?
- 服務(wù)端推送（server push），同SPDY一樣，HTTP2.0也具有server push功能。目前，有大多數(shù)網(wǎng)站已經(jīng)啟用HTTP2.0，例如YouTuBe，淘寶網(wǎng)等網(wǎng)站，利用chrome控制臺可以查看是否啟用H2：
更多關(guān)于HTTP2的問題可以參考：HTTP2奇妙日常，以及HTTP2.0的官方網(wǎng)站。
關(guān)于HTTP2和HTTP1.x的區(qū)別大致可以看下圖：
12. HTTP2.0的升級改造
對比HTTPS的升級改造，HTTP2.0或許會稍微簡單一些，你可能需要關(guān)注以下問題：
- 前文說了HTTP2.0其實可以支持非HTTPS的，但是現(xiàn)在主流的瀏覽器像chrome，firefox表示還是只支持基于 TLS 部署的HTTP2.0協(xié)議，所以要想升級成HTTP2.0還是先升級HTTPS為好。
- 當(dāng)你的網(wǎng)站已經(jīng)升級HTTPS之后，那么升級HTTP2.0就簡單很多，如果你使用NGINX，只要在配置文件中啟動相應(yīng)的協(xié)議就可以了，可以參考NGINX白皮書，NGINX配置HTTP2.0官方指南。
- 使用了HTTP2.0那么，原本的HTTP1.x怎么辦，這個問題其實不用擔(dān)心，HTTP2.0完全兼容HTTP1.x的語義，對于不支持HTTP2.0的瀏覽器，NGINX會自動向下兼容的。
后記
- 以上就是關(guān)于HTTP,HTTP2.0,SPDY,HTTPS的一些基本理論，有些內(nèi)容沒有深入講解，大家可以跟進(jìn)參考連接具體查看。
- 關(guān)于HTTP1.x的一些優(yōu)化方式，例如文件合并壓縮，資源cdn，js，css優(yōu)化等等同樣使用與HTTP2.0和HTTPS，所以web前端的優(yōu)化，還是要繼續(xù)進(jìn)行。
- 其實WEB發(fā)展如此迅速的今天，有些技術(shù)是真的要與時俱進(jìn)的，就像蘋果宣布ios 10必須使用HTTPS開始，關(guān)于web協(xié)議革新就已經(jīng)開始了，為了更好的性能，更優(yōu)越的方式，現(xiàn)在就開始升級改造吧
參考資料：
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