HTTP 协议版本演进

HTTP 1.0、1.1、2.0、3.0 的主要区别与特性对比

问题

HTTP 1.0、1.1、2.0、3.0 (QUIC) 各有什么特点？它们是如何演进的？

解答

HTTP 1.0

最早的 HTTP 版本，特点是短连接：

客户端                服务器
  |---- TCP 握手 ---->|
  |---- 请求 1 ------>|
  |<--- 响应 1 -------|
  |---- TCP 挥手 ---->|
  
  |---- TCP 握手 ---->|  (新连接)
  |---- 请求 2 ------>|
  |<--- 响应 2 -------|
  |---- TCP 挥手 ---->|

每次请求都要建立新的 TCP 连接，开销大。

HTTP 1.1

引入长连接，默认 Connection: keep-alive：

客户端                服务器
  |---- TCP 握手 ---->|
  |---- 请求 1 ------>|
  |<--- 响应 1 -------|
  |---- 请求 2 ------>|  (复用连接)
  |<--- 响应 2 -------|
  |---- 请求 3 ------>|
  |<--- 响应 3 -------|
  |---- TCP 挥手 ---->|

问题：队头阻塞（Head-of-Line Blocking）。请求必须按顺序响应，前面的请求慢会阻塞后面的。

// 浏览器通常对同一域名开 6 个 TCP 连接来缓解
// 这也是为什么有域名分片的优化手段

HTTP 2.0

基于 Google 的 SPDY 协议，引入三大特性：

1. 多路复用

一个 TCP 连接上可以并行传输多个请求/响应，互不阻塞：

┌─────────────────────────────────────┐
│           单个 TCP 连接              │
├─────────────────────────────────────┤
│  Stream 1: 请求A ──────> 响应A      │
│  Stream 2: 请求B ──> 响应B          │
│  Stream 3: 请求C ────────────> 响应C │
└─────────────────────────────────────┘

2. 头部压缩 (HPACK)

# HTTP 1.1 每次请求都发送完整头部
GET /page1 HTTP/1.1
Host: example.com
User-Agent: Mozilla/5.0...
Accept: text/html...
Cookie: session=abc123...

GET /page2 HTTP/1.1
Host: example.com           # 重复
User-Agent: Mozilla/5.0...  # 重复
Accept: text/html...        # 重复
Cookie: session=abc123...   # 重复

# HTTP 2.0 使用索引表 + 哈夫曼编码
# 重复的头部只发送索引号，压缩率可达 90%+

3. Server Push

服务器可以主动推送资源：

// 客户端请求 index.html
// 服务器可以主动推送 style.css 和 app.js

// Node.js 示例 (http2 模块)
const http2 = require('http2');
const fs = require('fs');

const server = http2.createSecureServer({
  key: fs.readFileSync('server.key'),
  cert: fs.readFileSync('server.crt')
});

server.on('stream', (stream, headers) => {
  if (headers[':path'] === '/index.html') {
    // 主动推送 CSS
    stream.pushStream({ ':path': '/style.css' }, (err, pushStream) => {
      pushStream.respond({ ':status': 200, 'content-type': 'text/css' });
      pushStream.end('body { color: red; }');
    });
    
    // 响应 HTML
    stream.respond({ ':status': 200, 'content-type': 'text/html' });
    stream.end('<html>...</html>');
  }
});

HTTP 2.0 的问题：TCP 层的队头阻塞。丢包时整个 TCP 连接都要等待重传。

HTTP 3.0 (QUIC)

基于 UDP 的 QUIC 协议，彻底解决队头阻塞：

┌─────────────────────────────────────┐
│              QUIC                   │
├─────────────────────────────────────┤
│  Stream 1: ████░████  (丢包重传)    │
│  Stream 2: ██████████  (不受影响)   │
│  Stream 3: ██████████  (不受影响)   │
└─────────────────────────────────────┘

主要改进

特性              HTTP/2 (TCP)         HTTP/3 (QUIC)
─────────────────────────────────────────────────────
连接建立          TCP + TLS (2-3 RTT)   0-1 RTT
队头阻塞          TCP 层存在            完全解决
连接迁移          IP 变化需重连         支持 (Connection ID)
加密              TLS 可选              内置 TLS 1.3

版本对比总结

特性	1.0	1.1	2.0	3.0
连接方式	短连接	长连接	多路复用	多路复用
传输协议	TCP	TCP	TCP	QUIC (UDP)
头部压缩	❌	❌	HPACK	QPACK
Server Push	❌	❌	✅	✅
队头阻塞	严重	HTTP 层	TCP 层	无

关键点

HTTP 1.1 的长连接复用 TCP 连接，但请求仍需排队
HTTP 2.0 的多路复用允许并行请求，但 TCP 丢包会阻塞所有流
HTTP 2.0 的 HPACK 头部压缩通过静态表 + 动态表 + 哈夫曼编码实现
HTTP 3.0 用 QUIC 替换 TCP，每个流独立，丢包不影响其他流
QUIC 内置 TLS 1.3，支持 0-RTT 快速连接和连接迁移