前端技术专家面试- HTTP

YSP13
179 阅读7分钟

在实际项目中：

  • 推进使用优先级HTTP3 > HTTP2 > HTTP1.1
  • 在APP端，网络延迟的影响很大，所以HTTP3能带来显著的效果提升（100ms到200ms的提升）。
  • 在秒开的时候：HTTP的优化起到至关重要的作用。
  • 域名解析加速、TLS加速也是重要优化点方向。

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HTTP（超文本传输协议）是一种无状态的协议，用于客户端和服务器之间的通信。 随着互联网的发展，HTTP 协议经历了多个版本的迭代，以解决性能、安全性等方面的问题。

1. HTTP/1.1 HTTP/2

1.1 HTTP/1.1

HTTP/1.1 是目前广泛使用的版本，它引入了长连接（Keep-Alive），允许一个 TCP 连接在多次请求中复用，避免为每次请求都重新建立连接。然而，HTTP/1.1 仍存在一些性能限制：

  • TCP 连接限制：浏览器对同一域名的并发请求数有限制，通常最多建立 6 个 TCP 连接，超过的请求会进入等待队列，延迟响应时间。
  • 明文传输：HTTP/1.1 的请求和响应头部是明文传输，缺少压缩，导致每次请求都携带重复的头部信息，增加了传输负担。为了解决这一问题，实际内容可以通过 gzip 或 brotli 进行压缩。
  • 无状态通信：每次请求都会重复发送头部，且没有内建的状态管理机制。
  • HTTPS 和安全性：为了保证数据的安全性，HTTP/1.1 通过 HTTPS（即 HTTP + TLS）来加密通信。TLS（传输层安全协议）通过非对称加密进行密钥交换，然后使用对称加密来保护数据传输。
  • 请求方法：常见的请求方法有 GET 和 POST，并且可以通过 Cache-Control 实现缓存控制，利用 cookie 实现用户会话管理。

1.2 HTTP/2

HTTP/2 是对 HTTP/1.1 的优化版本，解决了许多性能瓶颈，并提高了传输效率：

  • 二进制分帧和多路复用：HTTP/2 引入了 二进制分帧 技术，将请求和响应分割为更小的帧进行传输，每个请求和响应都有唯一的 Stream ID。这允许在同一 TCP 连接中同时处理多个请求，消除了 HTTP/1.1 的 队头阻塞 问题，大大提高了并发性。
  • 头部压缩：通过 HPACK 算法对 HTTP 头部进行压缩，减少重复传输头部信息，进一步提高了带宽利用率。
  • 服务端推送（Server Push） ：允许服务器在客户端请求前推送资源，如 CSS 或 JS 文件，减少首屏加载时间。
  • 流式传输：HTTP/2 支持流式返回数据，服务器可以在请求过程中持续发送数据，有助于提升页面的渲染速度。

1.3 TCP

TCP（传输控制协议）通过多个机制实现稳定的传输，主要包括确认重传、流量控制和拥塞控制。以下是这些机制的详细解释：

1.3.1 确认重传

确认重传是TCP确保数据可靠传输的核心机制。当发送方发送数据包后，它会等待接收方发送确认（ACK）。如果在一定时间内没有收到确认，发送方会重新发送该数据包。这一过程确保了丢失的数据能够被及时重发，从而保证了数据的完整性和可靠性。

1.3.2 流量控制

  • 流量控制的目的是防止发送方以过快的速度发送数据，导致接收方来不及处理。TCP使用滑动窗口机制来实现流量控制：
  • 滑动窗口：接收方会告知发送方它可以接收多少字节的数据（即窗口大小）。发送方根据这个窗口大小决定可以发送的数据量，从而避免了数据溢出接收缓冲区。

1.3.3 拥塞控制

拥塞控制是TCP用来防止网络拥塞的重要机制。网络拥塞发生时，数据包可能会丢失或延迟，影响传输效率。TCP通过以下几种算法实现拥塞控制：

  • 慢启动：在连接开始时，TCP以较小的窗口大小开始发送数据，随着确认的到达逐渐增加窗口大小，以快速探测可用带宽。
  • 拥塞避免：当达到一定的阈值后，TCP进入拥塞避免阶段，窗口增长速度减缓，以减少网络负担。
  • 快速重传与快速恢复：当发送方检测到丢失的数据包（通常是通过收到三个重复ACK），会立即重传丢失的数据包，并调整窗口大小，以便快速恢复到正常状态。

1.3.4 建链和断链

  1. 建链(三次握手)
    1. 过程
      1. 客户端发送SYN包到服务器,请求建立连接
      2. 服务器回复SYN+ACK包,确认收到请求
      3. 客户端发送ACK包,确认连接建立
    2. 目的：
      1. 防止历史连接：如果只有两次握手，旧的延迟请求包到达服务器时可能会建立错误连接
      2. 同步序列号：双方需要交换并确认各自的初始序列号(ISN)
      3. 确认双向通信：三次握手可以确保双方都有发送和接收能力
  2. 断链(四次挥手)
    1. 过程
      1. 主动方发送FIN包,请求断开连接
      2. 被动方回复ACK包,确认收到请求
      3. 被动方发送FIN包,表示准备好断开
      4. 主动方回复ACK包,确认断开连接
    2. 目的
      1. TCP是全双工的：两个方向的连接可以独立关闭
      2. 数据完整性：被动方收到FIN后，可能还有数据需要发送，所以ACK和FIN是分开的
      3. 避免数据丢失：等待一段时间(2MSL)确保最后的ACK能到达，防止对方重发FIN

2. HTTP/3：

HTTP/3 是基于 QUIC 协议的最新版本，旨在解决 HTTP/2 在 TCP 层面上的局限性：

  • QUIC 协议和 UDP：HTTP/3 使用 UDP 作为传输层协议，而非 TCP，避免了 TCP 的 队头阻塞 问题。QUIC 在应用层实现了传输控制，通过丢包重传、拥塞控制等机制，改进了丢包情况下的传输效率。
    • 改进的拥塞控制：QUIC实现了更灵活的拥塞控制算法，可以根据网络状况动态调整传输速率。这使得在网络条件变化时，能够更有效地管理带宽使用。
    • 快速重传：QUIC支持快速重传机制，当检测到丢失的数据包时，可以更快地进行重发，而不需要等待超时。
  • 快速建立连接：QUIC 支持 0-RTT 和 1-RTT 的快速握手，大幅减少了首次连接的延迟，尤其适合移动网络等高延迟环境。
    • HTTP/3使用UDP而非TCP进行数据传输，这意味着它不需要TCP的三次握手过程，从而减少了连接建立的延迟。
    • HTTP/3内置TLS 1.3加密，提供了更快的安全连接建立过程。由于加密和握手过程被整合到QUIC中，减少了额外的延迟。
    • 1-RTT握手过程
      • 类似TLS 1.3，首次连接时客户端直接发送Client Hello包含：支持的加密套件、公钥、传输参数。
      • 服务器回复包含：选定的加密套件、服务器证书、传输参数。
    • 0-RTT握手过程
      • 基于之前连接的信息复用：存储服务器配置、保存会话票据(Session Ticket)、缓存加密参数
      • 重连时：
        • 客户端直接用缓存的参数加密数据
        • 连同Client Hello一起发送
        • 无需等待服务器响应即可发送数据
  • 连接迁移：QUIC 支持连接迁移，特别适用于移动场景，即使网络环境发生变化（如从 WiFi 切换到移动数据），也能保持连接的持续性，而无需重新建立连接。

2. HTTPS

  • 先TCP握手建立连接，然后TLS握手。

3. 协商协议

在 HTTP 相关协议中，最典型的网络协商协议是 ALPN（应用层协议协商，Application-Layer Protocol Negotiation） ，它主要用于 HTTPS（基于 TLS 的 HTTP）连接中的协议协商。

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