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HTTP 协议

Gaaming Zhang2025/12/21大约 8 分钟网络网络AI生成

HTTP 协议

核心概念

HTTP（HyperText Transfer Protocol） 是应用层无状态、基于请求-响应的协议，运行在 TCP（或 TLS）之上。它定义了浏览器与服务器如何交换数据，常见版本有 HTTP/1.1、HTTP/2、HTTP/3。

关键特性：

  • 无状态：一次请求完成后不保留会话状态（可用 Cookie/Session/Token 补充）
  • 灵活：方法、头、URI 均为文本，易扩展
  • 可缓存：通过 Cache-Control/ETag 等头减少重复请求
  • 可协商：支持内容协商（语言、编码、媒体类型）

请求与响应报文结构

请求行：METHOD URI HTTP/version

  • 常用方法：GET（读）、POST（提交）、PUT/PATCH（更新）、DELETE（删除）、HEAD（仅头）、OPTIONS（探测）、CONNECT（隧道）

请求头：

  • 常见：Host、User-Agent、Accept、Accept-Language、Accept-Encoding、Content-Type、Content-Length、Authorization、Cookie
  • 缓存相关：Cache-Control、If-None-Match、If-Modified-Since
  • 连接相关：Connection、Upgrade、Range

响应行：HTTP/version status reason

  • 常见状态码：
    • 1xx：信息（100 Continue）
    • 2xx：成功（200 OK、201 Created、204 No Content）
    • 3xx：重定向（301/302/307/308，304 Not Modified）
    • 4xx：客户端错误（400、401、403、404、429）
    • 5xx：服务器错误（500、502、503、504）

响应头：

  • 缓存：Cache-Control、ETag、Last-Modified, Expires
  • 安全：Set-Cookie、Strict-Transport-Security、Content-Security-Policy、X-Frame-Options
  • 传输：Content-Type、Content-Length、Transfer-Encoding、Content-Encoding

版本演进要点

  • HTTP/1.1：持久连接（Keep-Alive）、管线化（但受限于队头阻塞）、分块传输编码（chunked）。
  • HTTP/2：二进制分帧、多路复用、首部压缩（HPACK）、服务端推送（实践中多禁用）。解决了队头阻塞（TCP 层仍有）。
  • HTTP/3：基于 QUIC（UDP），内置 TLS 1.3，连接迁移，彻底消除 TCP 队头阻塞，握手更快。

缓存与协商

强缓存：Cache-Control: max-age=3600 或 Expires；命中则直接使用缓存。

协商缓存：

  • ETag / If-None-Match（推荐，基于内容哈希）
  • Last-Modified / If-Modified-Since（基于时间，精度秒）
    命中协商缓存返回 304，节省带宽。

长连接与并发

  • HTTP/1.1 默认 Keep-Alive，同一 TCP 连接可复用多个请求；但队头阻塞导致通常需并发多连接。
  • HTTP/2/3 支持单连接多路复用，减少连接数与握手成本。

常用头实践速查

  • 压缩：Accept-Encoding: gzip, br；响应 Content-Encoding: gzip/br
  • 传输：大文件用 Range/206 Partial Content 断点续传；流式用 Transfer-Encoding: chunked
  • 重定向：301/308（永久），302/307（临时保持方法），携带 Location
  • 安全：HSTS（Strict-Transport-Security），CSP，SameSite/HttpOnly/Secure Cookie

排查思路（简版）

  1. 看 DNS/IP：ping/nslookup/dig 确认解析；curl -v 看握手。
  2. 看状态码：4xx 多为客户端/鉴权；5xx 多为服务端。
  3. 看缓存：是否被 304/缓存命中；是否缓存过期。
  4. 看链路：curl -v --http2 --resolve host:443:ip 直连后端绕过域名。
  5. 看延迟：curl -w "%{time_connect} %{time_starttransfer} %{time_total}"。

相关高频面试题

Q1: HTTP/1.1 队头阻塞是什么，如何缓解？

  • 定义：HTTP/1.1 同一 TCP 连接上串行处理请求-响应，前一个响应未完成时后续请求被阻塞。
  • 产生原因：TCP 按顺序传输数据，HTTP/1.1 复用 TCP 连接但未解决应用层的串行处理问题。
  • 缓解策略：
    • 开启浏览器多连接并发（Chrome 默认 6 个/域名）
    • 升级到 HTTP/2/3（从根本上解决）
    • 资源拆分（小图片、CSS/JS 拆分）
    • 使用 CDN 分散请求域名
    • 减少巨型响应（分页、压缩）
    • 禁用长连接（Connection: close）（极端情况）

Q2: 301/302/307/308 的区别？

  • 持久化类型：301/308 是永久重定向；302/307 是临时重定向。
  • 方法保留：
    • 301/302：早期实现可能将 POST 等非 GET 方法改写为 GET（现代浏览器基本已修复）
    • 307/308：严格保留原请求方法和请求体
  • 使用场景：
    • 301：旧域名迁移到新域名
    • 302：临时维护、A/B 测试
    • 307：需要保留原方法的临时重定向（如 POST 表单提交）
    • 308：需要保留原方法的永久重定向

Q3: 强缓存与协商缓存的区别？

  • 查询方式：
    • 强缓存：直接读取本地缓存，不发送请求到服务器
    • 协商缓存：需发送请求到服务器，通过条件请求头验证
  • 返回状态码：
    • 强缓存：200 OK (from memory cache/disk cache)
    • 协商缓存：304 Not Modified
  • 控制头：
    • 强缓存：Cache-Control (max-age, no-cache, no-store)、Expires
    • 协商缓存：If-None-Match/ETag、If-Modified-Since/Last-Modified
  • 优先级：Cache-Control > Expires > 协商缓存

Q4: HTTP/2 相对 HTTP/1.1 的核心改进？

  • 二进制分帧：将报文分割为二进制帧，提高解析效率
  • 多路复用：单 TCP 连接上并行传输多个请求-响应，消除应用层队头阻塞
  • 头部压缩：使用 HPACK 算法压缩请求/响应头，减少传输体积
  • 优先级与流量控制：支持为不同请求设置优先级，优化资源加载顺序
  • 服务端推送：服务器可主动推送资源到客户端，减少请求延迟
  • 首部字段优化：使用静态表、动态表和 Huffman 编码减少头部开销

Q5: HTTP/3 为何能减少握手延迟？

  • 基于 QUIC/UDP：避免 TCP 三次握手的延迟
  • 集成 TLS 1.3：将传输层和加密层握手合并，减少往返次数
  • 0-RTT 支持：首次连接的第二个 RTT 即可传输数据，后续连接支持 0-RTT 数据传输
  • 连接 ID：使用 Connection ID 标识连接，支持网络切换时的快速迁移
  • 无 TCP 队头阻塞：基于 QUIC 的 Stream 机制实现真正的多路复用

Q6: Cookie 与 Token 的主要差异？

  • 传输方式：
    • Cookie：由浏览器自动携带在请求头中
    • Token：通常放在 Authorization 头中（如 Bearer Token）
  • 存储方式：
    • Cookie：受浏览器同源策略限制，有大小限制（约 4KB）
    • Token：可存储在 Cookie、localStorage、sessionStorage 中
  • 安全性：
    • Cookie：易受 CSRF 攻击，需设置 SameSite/HttpOnly/Secure 等属性
    • Token：可防止 CSRF 攻击，需注意 XSS 攻击（避免存储在 localStorage）
  • 跨域支持：
    • Cookie：跨域需设置 CORS 和 withCredentials
    • Token：跨域友好，只需在请求头中携带
  • 过期机制：
    • Cookie：可设置 Expires 或 Max-Age
    • Token：通常包含过期时间，需主动刷新或重新获取

Q7: 1 RTT 是多少次来回传输信息？

  • 定义：RTT（Round-Trip Time，往返时间）是指一次完整的来回传输。
  • 具体过程：
    • 包含一次去程（发送方 → 接收方）和一次回程（接收方 → 发送方）
    • 即：发送方发送数据 → 接收方接收并处理 → 接收方返回响应 → 发送方接收响应
  • 时间计算：RTT = 去程时间 + 接收方处理时间 + 回程时间
  • 实际意义：
    • 反映网络延迟和传输效率
    • 是评估网络性能的重要指标
    • 在协议设计中用于优化（如减少握手 RTT 次数）

Q8: HTTP 不同版本的握手延迟分别是多少？

  • HTTP/1.1 + TLS 1.2：通常需要 3-4 RTT
    • TCP 三次握手：1 RTT
    • TLS 1.2 握手：2 RTT
    • 首次数据传输：第 4 RTT
  • HTTP/1.1 + TLS 1.3：需要 2 RTT
    • TCP 三次握手：1 RTT
    • TLS 1.3 握手：1 RTT（合并了部分步骤）
    • 首次数据传输：第 2 RTT
  • HTTP/2 + TLS：与 HTTP/1.1 + TLS 同版本一致（HTTP/2 基于 TCP）
  • HTTP/3：
    • 首次连接：1-2 RTT（基于 QUIC，合并了 TCP 三次握手和 TLS 握手）
    • 后续连接：0 RTT（使用会话票据复用连接）

Q9: 如何优化 HTTP 连接的 RTT 延迟？

  • 协议升级：使用 HTTP/3（基于 QUIC）减少握手 RTT
  • CDN 加速：将资源部署在离用户更近的节点，减少物理传输距离
  • 连接复用：启用 Keep-Alive 或 HTTP/2 多路复用，避免频繁建立新连接
  • 预连接/预加载：
    • <link rel="preconnect">：提前建立 TCP + TLS 连接
    • <link rel="dns-prefetch">：提前解析 DNS
  • 压缩与缓存：减少数据传输量和重复请求
  • 0-RTT 优化：配置 TLS 1.3 0-RTT（需注意安全风险）
  • 减少重定向：避免不必要的 3xx 重定向

Q10: HTTP 与 HTTPS 的主要区别？

  • 安全层：HTTP 无加密，HTTPS 基于 TLS/SSL 加密传输
  • 端口：HTTP 默认 80，HTTPS 默认 443
  • 性能：HTTPS 因加密/解密增加 CPU 开销，且握手延迟更高
  • 证书：HTTPS 需要 CA 颁发的数字证书
  • SEO：搜索引擎更偏好 HTTPS 网站
  • 安全性：HTTPS 提供数据完整性、保密性和身份认证

Q11: 什么是 HTTP 幂等性？有哪些幂等方法？

  • 定义：多次相同请求产生的副作用与单次请求相同
  • 幂等方法：
    • GET：读取资源，无副作用
    • HEAD：与 GET 类似，仅返回头部
    • PUT：更新资源，多次执行结果一致
    • DELETE：删除资源，多次执行结果一致
    • OPTIONS：探测服务器能力
  • 非幂等方法：
    • POST：创建资源，多次执行会创建多个资源
    • PATCH：部分更新，可能非幂等（取决于实现）

Q12: HTTP 管线化（Pipelining）是什么？为什么没有广泛应用？

  • 定义：HTTP/1.1 允许在一个 TCP 连接上连续发送多个请求，无需等待前一个响应
  • 优势：理论上可减少 RTT 延迟
  • 未广泛应用的原因：
    • 队头阻塞问题仍存在（TCP 层）
    • 服务器需支持并发处理请求
    • 部分中间设备可能不兼容
    • 错误处理复杂（某请求失败影响后续）
    • HTTP/2 多路复用提供了更好的解决方案
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