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本文记录一些在面试中遇到的关于 HTTP 协议的问题，系统学习推荐阅读《图解 HTTP》。

HTTP 请求方法

HTTP 请求方法表明了要对给定资源执行的操作，每一个请求方法都实现了不同的语义。包括：GET、HEAD、POST、PUT、PATCH、DELETE、OPTIONS，以及不常用的 CONNECT、TRACE。

  • GET：获取服务器的指定资源
  • HEAD：与 GET 方法一样，都是发出一个获取服务器指定资源的请求，但服务器只会返回 Header 而不会返回 Body。用于确认 URI 的有效性及资源更新的日期时间等。一个典型应用是下载文件时，先通过 HEAD 方法获取 Header，从中读取文件大小 Content-Length；然后再配合 Range 字段，分片下载服务器资源
  • POST：提交资源到服务器 / 在服务器新建资源
  • PUT：替换整个目标资源
  • PATCH：替换目标资源的部分内容
  • DELETE：删除指定的资源
  • OPTIONS：用于描述目标资源的通信选项。可以用于检测服务器支持哪些 HTTP 方法，或者在 CORS 中发起一个预检请求，以检测实际请求是否可以被服务器所接受
  • CONNECT：建立一个到由目标资源标识的服务器的隧道
  • TRACE：执行一个消息环回测试，返回到服务端的路径。客户端请求连接到目标服务器时可能会通过代理中转，通过 TRACE 方法可以查询发送出去的请求的一系列操作（图示）

幂等的：一个 HTTP 方法是幂等的，指的是同样的请求执行一次与执行多次的效果是一样的。换句话说就是，幂等方法不应该具有副作用。

  • 常见的幂等方法：GET，HEAD，PUT，DELETE，OPTIONS
  • 常见的非幂等方法：POST

安全的：一个 HTTP 方法是安全的，指的是这是一个对服务器只读操作的方法，不会修改服务器数据。

  • 常见的安全方法：GET，HEAD，OPTIONS
  • 常见的不安全方法：PUT，DELETE，POST
  • 所有安全的方法都是幂等的；有些不安全的方法如 DELETE 是幂等的，有些不安全的方法如 PUT 和 DELETE 则不是

可缓存的：GET、HEAD。

GET 和 POST 的区别

  GET POST
应用 获取服务器的指定数据 添加 / 修改服务器的数据
历史记录 / 书签 可保留在浏览器历史记录中，或者收藏为书签 不可以
Cacheable 会被浏览器缓存 不会缓存
幂等 幂等，不会改变服务器上的资源 非幂等，会对服务器资源进行改变
后退 / 刷新 后退或刷新时，GET 是无害的 后退或刷新时，POST 会重新提交表单
参数位置 query 中（直接明文暴露在链接中） query 或 body 中
参数长度 2KB（2048 个字符） 无限制

还有一个常见的说法是「GET 是一次请求；POST 是两次请求，先发 header，服务器返回 100 Continue 后，再发 body」。关于这一点的来源和真实性，请查看知乎这篇文章。

HTTP 状态码

信息响应（100–199）

  • 100 Continue：表明到目前为止都很正常，客户端可以继续发送请求或者忽略这个响应

成功响应（200–299）

  • 200 OK
  • 201 Created：该请求已成功，并因此创建了一个新的资源。这通常是在 POST 请求之后返回的响应
  • 204 No Content：该请求已成功处理，但是返回的响应报文不包含实体的主体部分。通常用于只需要从客户端往服务器发送信息，而不需要返回数据时
  • 206 Partial Content：服务器已经成功处理了部分 GET 请求，该请求必须包含 Range 头信息来指示客户端希望得到的内容范围。通常使用此类响应来实现断点续传，或者将一个大文档分为多个片段然后并行下载

重定向（300–399）

  • 301 Moved Permanently：永久性重定向
  • 302 Found：临时性重定向。常见应用场景是通过 302 跳转将所有的 HTTP 流量重定向到 HTTPS
  • 303 See Other：和 302 有着相同的功能，但是 303 明确要求客户端应该采用 GET 方法获取资源
  • 304 Not Modified：如果客户端发送了一个带条件的 GET 请求且该请求已被允许，而文档的内容（自上次访问以来或者根据请求的条件）并没有改变，则服务器应当返回这个状态码。304 响应不包含消息体
  • 307 Temporary Redirect：临时重定向。307 与 302 之间的唯一区别在于，当发送重定向请求的时候，307 状态码可以确保请求方法和消息主体不会发生变化；而如果使用 302 响应状态码，一些旧客户端会错误地将请求方法转换为 GET

客户端错误（400–499）

  • 400 Bad Request：请求报文中存在语法错误，或者参数有误
  • 401 Unauthorized：未认证（没有登录）
  • 403 Forbidden：没有权限（登录了但没有权限）
  • 404 Not Found
  • 405 Method Not Allowed

服务器错误 （500–599）

  • 500 Internal Server Error：服务器遇到了不知道如何处理的情况
  • 502 Bad Gateway：网关错误，作为网关或代理角色的服务器，从上游服务器（如tomcat、php-fpm）中接收到的响应是无效的
  • 503 Service Unavailable：服务器无法处理请求，常见原因是服务器因维护或重载而停机

301、302、307 重定向的原理

返回的 Header 中有一个 Location 字段指向目标 URL，浏览器会重定向到这个 URL。

304 与缓存机制

强制缓存、协商缓存，见从输入一个 URL 到页面加载完成的过程 - HTTP 缓存。

二者都是用来跟踪浏览器用户身份的会话方式。

Cookie：

  • 存在浏览器里，可以设置过期时间
  • 每次访问服务器时，浏览器会自动在 header 中携带 cookie
  • 如果浏览器禁用了 cookie，可以使用 URL 重写机制，将信息保存在 URL 里

Session:

  • 存在服务端，由服务器维护，一段时间后 session 就失效了
  • 本质上，session 还是通过 cookie 实现的。浏览器的 cookie 中只保存一个 sessionId，所有其他信息均保存在服务端，由 sessionId 标识
  • Session 失效，其实是服务器设置了失效时间。如果用户长时间不和服务器交互（比如 30 分钟），那么 session 就会被销毁；交互的话，就会刷新 session
  • Session 的实现 - labuladong

HTTP 的长连接与短连接

HTTP/1.0 默认使用的是短连接。也就是说，浏览器每请求一个静态资源，就建立一次连接，任务结束就中断连接。

HTTP/1.1 默认使用的是长连接。长连接是指在一个网页打开期间，所有网络请求都使用同一条已经建立的连接。当没有数据发送时，双方需要发检测包以维持此连接。长连接不会永久保持连接，而是有一个保持时间。实现长连接要客户端和服务端都支持长连接。

长连接的优点：TCP 三次握手时会有 1.5 RTT 的延迟，以及建立连接后慢启动（slow-start）特性，当请求频繁时，建立和关闭 TCP 连接会浪费时间和带宽，而重用一条已有的连接性能更好。

长连接的缺点：长连接会占用服务器的资源。

HTTP/1.0、HTTP/1.1、HTTP/2.0 的变化

HTTP 0.9 - 最初版本

HTTP 的最初版本，请求由单行指令构成，只支持 GET 方法。

HTTP/1.0 - 构建可扩展性

  • 在请求中新增了协议版本信息
  • 引入了 HTTP 头的概念
  • 在响应中新增了状态码
  • 默认使用短连接：浏览器每请求一个静态资源，就建立一次连接，任务结束就中断连接

HTTP/1.1 - 标准化的协议

  • 默认支持长连接：在一个网页打开期间，所有网络请求都复用同一条已经建立的连接
    • Pros：性能更好，节省频繁建立 TCP 连接、慢启动、关闭连接等的时间，整体耗时更短
    • Cons：会占用服务器的资源
  • 引入额外的缓存控制机制：如 Entity tag、If-None-Match 等更多可供选择的缓存头
  • 新增了 24 个错误状态响应码，如 409（Conflict）、410（Gone）
  • 引入内容协商，允许通信双方约定语言（Accept-Language）、编码（Accept-Encoding）等
  • 支持响应分块（断点续传）
  • 引入管线化（Pipelining）：从前发送请求后需等待并收到响应，才能发送下一个请求，现在允许客户端同时并行发送多个请求
    • Pros：在收到上一个请求的响应之前就可以发出下一个请求，能够节省请求到达服务器的时间，降低通信延迟
    • Cons：服务器要遵循 HTTP/1.1 协议，必须按照客户端发送的请求顺序返回响应，可能发生队头阻塞（HOL blocking）——若上一个请求的响应迟迟没有处理完毕，则后面的响应都会被阻塞
  • Host 头，允许不同域名配置在同一个 IP 地址上

长连接、管线化都是为了让请求更短时间内结束。

HTTP/2.0 - 为了更优异的表现

HTTP/2.0 的三大特性：Header 压缩、服务端推送、多路复用。

Header 压缩

HTTP/1.1 每次通信都会携带 Header 信息用于描述资源属性。但 headers 在一系列请求中常常是相似的。HTTP/2.0 中，对于 Header 中相同的数据，不会在每次通信中重新发送，而是采用追加或替换的方式。

具体实现上，HTTP/2.0 在客户端和服务端之间共同维护一个 Header 表，存储之前发送的 key-value 对。Header 表在 HTTP/2.0 的连接期间始终存在。

Header 压缩可以减少每次通信的数据量，提高传输速度。

服务端推送

服务器可以对一个客户端请求发送多个响应。服务器向客户端推送资源无需客户端明确的请求。

服务端根据客户端的请求，提前推送额外的资源给客户端。比如在发送页面 HTML 时主动推送其它 CSS/JS 资源，而不用等到浏览器解析到相应位置，发起请求再响应。

服务端推送可以减轻数据传输的冗余步骤，同时加快页面响应速度，提升用户体验。

多路复用

二进制分帧

HTTP/1.x 使用文本格式传输数据。HTTP/2.0 在将所有传输信息分割为若干个帧，采用二进制格式进行编码。

具体实现上，是在应用层（HTTP）和传输层（TCP）之间增加一个二进制分帧层。每个请求对应一个流，有一个唯一的整数标识符。HTTP/1.x 的报文会被拆分为一个或多个帧，每个帧有序列号，以及自己所述的流的标识符，接收端自行合并。

二进制分帧采用更高效的编码协议，提升了传输效率。同时，二进制分帧也为多路复用提供了基础。

多路复用

HTTP/1.x 有顺序和阻塞约束：

  • 顺序：服务端必须按照客户端请求到来的顺序，串行返回数据
    • 即使 HTTP/1.1 允许通过同一个连接发起多个请求，也无法真正并行传输
  • 阻塞：浏览器会限制每个域名下最多同时发起的 6 个连接，超过该数量的连接会被阻塞，以下是常见的优化方法：
    • 使用多个域名（比如 CDN）来提高浏览器的下载速度
    • 将多个 JS 文件、CSS 文件等打包成一个文件，将多个小图片合并为雪碧图，减少 HTTP 请求数

HTTP/2.0 引入了多路复用，通过同一个连接发起多个请求，服务端可以并行地传输数据。基于二进制分帧层，HTTP/2.0 可以同时交错发送多个消息中的帧，接收端可以根据帧中的流标识符和顺序标识，重新组装数据。

多路复用使用同一个 TCP 连接并发处理同一域名下的所有请求，可以减少 TCP 建立连接带来的时延。此外多路复用代替了 HTTP/1.x 中的顺序和阻塞机制，实现了真正的并行传输，可以避免 HTTP/1.x 中的队头阻塞问题，极大的提高传输效率。

HTTP 报文格式

请求报文

HTTP 协议以 ASCII 码传输，请求报文由请求行、请求头、和消息主体组成。如果有消息主体，那么请求头之后的空行是必须的，用来表示请求头结束：

<method> <request-URL> <version> 
<headers>

<entity-body>

GET 请求报文示例：

GET /books/?sex=man&name=Professional HTTP/1.1
Host: www.example.com
User-Agent: Mozilla/5.0 (Windows; U; Windows NT 5.1; en-US; rv:1.7.6)
Gecko/20050225 Firefox/1.0.1
Connection: Keep-Alive

对于 POST 请求报文，协议规定数据必须放在消息主体中，数据采用的编码方式由开发者自己决定。服务端根据请求头中的 Content-Type 字段获取消息主体的编码方式，再对主体进行解析。

以下是一些常见的 Content-Type 及其对应的消息主体示例：

  • application/x-www-form-urlencoded：

      POST http://www.example.com HTTP/1.1
  Content-Type: application/x-www-form-urlencoded;charset=utf-8
    
  title=test&name=hello

  • multipart/form-data：

      POST http://www.example.com HTTP/1.1
  Content-Type:multipart/form-data; boundary=----<boundary>
    
  ------<boundary>
  Content-Disposition: form-data; name="<name1>"
    
  <value1>
  ------<boundary>
  Content-Disposition: form-data; name="<name2>"
    
  <value2>
  ------<boundary>
  Content-Disposition: form-data; name="file"; filename="chrome.png"
  Content-Type: image/png
    
  PNG ... content of chrome.png ...
  ------<boundary>--

  • application/json：

      POST http://www.example.com HTTP/1.1 
  Content-Type: application/json;charset=utf-8
    
  {"title":"test","name":"hello"}

  • text/xml

详细内容请见四种常见的 POST 提交数据方式 - Jerry Qu。

响应报文

HTTP 响应报文也由三部分组成：状态行、响应头、消息主体。同样的，消息主体前必须有一个空行，表示请求头结束：

<version> <status-code> <reason-phrase> 
<headers>

<message-body>

响应报文示例：

HTTP/1.1 200 OK
Date: Mon, 27 Jul 2009 12:28:53 GMT
Server: Apache/2.2.14 (Win32)
Last-Modified: Wed, 22 Jul 2009 19:15:56 GMT
Content-Length: 88
Content-Type: text/html
Connection: Closed

<html><body>
<h1>Hello, World!</h1>
</body></html>

HTTP 报文语法规则

根据 HTTP/1.1 RFC，一个 HTTP 请求报文或响应报文（HTTP-message）符合以下语法：

HTTP-message   = Request | Response     ; HTTP/1.1 messages

一个 HTTP-message（HTTP 报文）包含 0 个或若干个 message-headers（消息头），可能有一个 message-body（消息主体）：

generic-message = start-line
                  *(message-header CRLF)
                  CRLF
                  [ message-body ]

一个 message-body (消息主体) 一定包含一个 entity-body（实体主体），通常情况下消息主体等于实体主体，实体主体也可能经过传输编码机制（Transfer Coding）处理，在通信时按某种编码方式传输：

message-body = entity-body
            | <entity-body encoded as per Transfer-Encoding>

从最后一条规则也可以看出，当实体主体经过传输编码后，会分为一组实体主体（<...> 表示列表）。因此，传输编码机制只能作用于分块传输编码中。

HTTP 分块传输编码

在 HTTP 通信过程中，请求的编码实体资源尚未全部传输完成之前，浏览器无法显示请求页面。在传输大容量数据时，通过把数据分割成多块，能够让浏览器逐步显示页面。这种把实体主体分块的功能称为分块传输编码（Chunked Transfer Coding）。

分块传输编码会将实体主体分成多个部分（块），每一块都会用十六进制来标记块的大小，而实体主体的最后一块会使用 0(CR+LF) 来标记。

使用分块传输编码的实体主体会由接收的客户端负责解码，恢复到编码前的实体主体。

注意区分“消息主体”和“实体主体”。《图解 HTTP》将也消息主体称为“报文主体”。

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参考资料