【网络协议】HTTP协议（二）：HTTP版本、HTTP缓存

淡淡的烟草味﹌ 2023-03-12 09:24 18阅读 0赞

### 目录 ###

*   *   *  1. HTTP版本
         *   *  1.1 HTTP 1.0
             *  1.2 HTTP 1.1
             *  1.3 HTTP 2.0
         *  2. HTTP缓存
         *   *  2.1 缓存的简介
             *   *  1. 强缓存
                 *  2. 协商缓存
                 *  3. 两者异同
             *  2.2 缓存的优点

### 1. HTTP版本 ###

#### 1.1 HTTP 1.0 ####

**HTTP 1.0**版本较之前的0.9版本增加了以下功能：

*  该版本的HTTP协议可以发送**任何格式**的内容
 *  除了GET命令，该版本还引入了**POST命令**，丰富了浏览器与服务器的互动手段
 *  HTTP请求和回应的格式发生了改变，除了数据部分，每次通信还必须包括**头部信息**，头部信息用来描述一些元数据
 *  其次还增加了**状态码**、**多字符集支持**、**多部分发送**、**权限**、**缓存**、**内部编码等功能**

该版本的主要缺点：

*  每个TCP连接都只能发送一次请求，发送完数据，连接就必须要关闭，如果想要继续请求，就要重新建立TCP连接，而TCP连接的三次握手的速度较慢，这就使得HTTP请求的性能较差。

#### 1.2 HTTP 1.1 ####

**HTTP 1.1版本**较之前的1.0版本又有了更大的更新，它进一步完善了HTTP协议，现在仍然有在使用，它主要有以下更新：

*  **持久连接（长连接）**  
    该版本之前的版本所建立的都是短连接，该版本引入了持久连接的概念，就是TCP连接默认是不关闭的，建立一个TCP连接，就可以发送多个请求，减少了建立和关闭连接的消耗和延迟  
    在请求头设置一个非标准的Connection字段:`Connection: keep-alive`就可以进行长连接，这个字段要求服务器不要关闭TCP连接，服务器同样会回应这个字段。如果想要关闭TCP连接，就要在请求中设置字段：`Connection: false`
 *  **管道机制**：该版本还引入了管道机制，即在一个TCP连接里，客户端可以同时发送多个请求，不需要等收到上一个请求回应，就可以发送新的请求，但是请求的响应还是按照请求发送的顺序返回的，这样就进一步提高了HTTP协议的效率
 *  **分块传输编码**：在HTTP1.0版本中，如果在服务器端遇到较为耗费时间的操作，那么需要等到这一操作全部完成后，才会向客户端发送数据，这段等待时间很影响性能和客户体验。多以使用**分块传输编码**，只要请求或者回应的头部信息有`Transfer-Encoding`字段：`Transfer-Encoding: chunked`，就表明回应将由数量未定的数据块组成。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

示例：

HTTP/1.1 200 OKContent-Type: text/plainTransfer-Encoding: chunked
    25
    This is the data in the first chunk
    1C
    and this is the second one
    3
    con
    8
    sequence
    0

*  加入了几个请求方法：**PUT、PATCH、HEAD、 OPTIONS、DELETE**
 *  加入了缓存机制：**强缓存**和**协商缓存**（下文会介绍）
 *  客户端请求的头部信息加入了`Host`字段，用来指定服务器的域名，这样就可以区分同一个物理主机中的不同虚拟主机的域名

虽然HTTP 1.1对HTTP协议进行了完善，但是还是存在一些问题：

*  虽然可以同时发送多个请求，但是服务器处理请求是按照顺序依次处理的，如果前面处理的慢，后面的额就会有很多请求排队，这就造成了**队头堵塞**
 *  管道机制默认是关闭状态

#### 1.3 HTTP 2.0 ####

首先理解一下以下概念：  
（1）**流（stream）**：已建立连接上的双向字节流。  
（2）**消息**：与逻辑消息对应的完整的一系列数据帧。  
（3）**帧（frame）**：HTTP2.0通信的最小单位，每个帧包含帧头部，至少也会标识出当前帧所属的流（stream id）。

**HTTP 2.0** 版本有以下更新：

*  **多路复用**：在一个TCP连接上，可以发送个多个HTTP请求，服务端则可以通过帧中的表示知道该帧属于哪个流，通过重新排序还原请求。多路复用允许并发的发起多个请求，每个请求及该请求的响应不需要等待其他的请求和响应，避免了队头堵塞。
 *  **二进制分帧**：在应用层和传输层之间增加了一个二进制的分帧层，解决了HTTP1.1 的性能限制，改进了传输性能，实现了低延迟和高吞吐量。在二进制分帧层中，HTTP2.0将所传输的信息分割成更小的信息和帧，并对他们进行二进制格式的编码，将首部信息被封装到 `HEADER frame`，而相应的 `Request Body` 则封装到 `DATA frame` 里面。简单来说就是**把原来HTTP1.x的`header`和`body`部分用`frame`重新封装了一层**。
 *  **头部压缩**：在HTTP 1.x中请求头部数据时以纯数字形式发送的，这就给请求带来了负荷，HTTP 2.0使用`encoder`来减少需要传输的头部大小，通讯双方各自`cache`一份头部 `fields`表，既避免了重复头部的传输，又减小了需要传输的大小，从而降低延迟。
 *  **服务器推送**：服务器可以主动向客户端推送资源，服务器推送的资源可以进行缓存，当再次请求时，可以在缓存中请求到。

![在这里插入图片描述][20200802194126629.png]

### 2. HTTP缓存 ###

上文中提到了HTTP1.1版本加入了缓存机制，下面就对HTTP的缓存进行简单介绍。

HTTP缓存顾名思义就是将已获取的资源进行存储，以便重用，进而提高应用的性能。缓存发生在客户端，主要分为两种：**强缓存**和**协商缓存**。

#### 2.1 缓存的简介 ####

##### 1. 强缓存 #####

强缓存是指向浏览器缓存查找该请求的结果，并根据该结果的缓存规则来决定是否使用该缓存结果的过程。强缓存可以理解为无需验证的缓存策略，它的响应头部有两个字段：`Expires`和`Cache-Control` 来表明规则。

（1）**Expires**：

`Expires`是指缓存过期的时间，超过这个时间，资源就会过期，即在此发起该请求，如果客户端的时间小于`Expires`的值，直接使用缓存的结果。

该字段是HTTP1.0中的标准，所以更倾向于使用`Cache-Control` ，如果两个同时存在，`Cache-Control` 优先级会更高。

（2）**Cache-Control**

`Cache-Control` 是HTTP1.1中重要的规则，主要用于网页的缓存，它可以在请求头和响应头中使用，常见的属性值有：

*  `max-age`：单位是秒，缓存时间计算的方式是距离发起的时间的秒数，超过间隔的秒数缓存失效
 *  `no-cache`：不使用强缓存，需要与服务器验证缓存是否新鲜
 *  `no-store`：禁止使用缓存（包括协商缓存），每次都向服务器请求最新的资源
 *  `private`：所有内容只有客户端可以缓存，Cache-Control的默认取值
 *  `public`：所有内容都将被缓存（客户端和代理服务器都可缓存）
 *  `must-revalidate`：在缓存过期前可以使用，过期后必须向服务器验证

判断缓存是否失效：  
![在这里插入图片描述][20200525164938647.png]

##### 2. 协商缓存 #####

协商缓存需要进行对比判断是否可以使用缓存。浏览器第一次请求数据时，服务器会将缓存标识与数据一起响应给客户端，客户端将它们备份至缓存中。再次请求时，客户端会将缓存中的标识发送给服务器，服务器根据此标识判断。若未失效，返回304状态码，浏览器拿到此状态码就可以直接使用缓存数据了。

协商缓存的标识是在响应报文的HTTP头部，和请求结果一起返回给客户端，它有两个字段，分别是：`Last-Modified / If-Modified-Since` 和 `Etag / If-None-Match`，后者优先级较高。

*  `Last-Modified`： 是服务器响应请求时，返回该资源文件在服务器最后被修改的时间，需要保证服务器时间准确（**适合不重要、量大的资源**）
 *  `if-Modified-Since`：浏览器再次请求服务器的时候，请求头会包含此字段，后面跟着在缓存中获得的最后修改时间。服务端收到此请求头发现有if-Modified-Since，则与被请求资源的最后修改时间进行对比，如果一致则返回304和响应报文头，浏览器只需要从缓存中获取信息即可。  
    （1）如果没有被修改:则开始\`继续’传送文件: 服务器返回: 200 OK  
    （2）如果文件被修改:则不传输,服务器返回: 412 Precondition failed (预处理错误)
 *  `Etag`：服务器响应请求时，通过此字段告诉浏览器当前资源在服务器生成的唯一标识，生成规则由服务器决定（**适合重要、量小的资源**）
 *  `If-None-Match`：再次请求服务器时，浏览器的请求报文头部会包含此字段，后面的值为在缓存中获取的标识。服务器接收到次报文后发现If-None-Match则与被请求资源的唯一标识进行对比。  
    （1）不同，说明资源被改动过，则响应整个资源内容，返回状态码200。  
    （2）相同，说明资源没有修改，则响应header，浏览器直接从缓存中获取数据信息。返回状态码304.

##### 3. 两者异同 #####

*  两者的共同点是：如果命中，都是从客户端缓存中加载资源，而不是从服务器加载资源数据
 *  两者的区别是：强缓存不发请求到服务器，协商缓存会发请求到服务器

#### 2.2 缓存的优点 ####

*  减少了冗余的数据传递，节省宽带流量
 *  减少了服务器的负担，大大提高了网站性能
 *  加快了客户端加载网页的速度 这也正是HTTP缓存属于客户端缓存的原因。

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