Skip to main content

30 张图解 HTTP 常见的面试题

· 33 min read
kart jim

HTTP 基本概念​

HTTP 是什么？描述一下​

HTTP 是超文本传输协议，也就是HyperText Transfer Protocol。

能否详细解释「超文本传输协议」？​

HTTP的名字「超文本协议传输」，它可以拆成三个部分：

  • 超文本
  • 传输
  • 协议

HTTP 是一个在计算机世界里专门在「两点」之间「传输」文字、图片、音频、视频等「超文本」数据的「约定和规范」。

那「HTTP 是用于从互联网服务器传输超文本到本地浏览器的协议HTTP」 ，这种说法正确吗？​

这种说法是不正确的。因为也可以是「服务器< -- >服务器」，所以采用两点之间的描述会更准确。

HTTP 常见的状态码，有哪些？​

  1. 1xx 类状态码属于提示信息，是协议处理中的一种中间状态，实际用到的比较少。
  2. 2xx 类状态码表示服务器成功处理了客户端的请求，也是我们最愿意看到的状态。
  • 「200 OK」是最常见的成功状态码，表示一切正常。如果是非 HEAD 请求，服务器返回的响应头都会有 body 数据。
  • 「204 No Content」也是常见的成功状态码，与 200 OK 基本相同，但响应头没有 body 数据。
  • 「206 Partial Content」是应用于 HTTP 分块下载或断电续传，表示响应返回的 body 数据并不是资源的全部，而是其中的一部分，也是服务器处理成功的状态。
  1. 3xx 类状态码表示客户端请求的资源发送了变动，需要客户端用新的 URL 重新发送请求获取资源，也就是重定向。
  • 「301 Moved Permanently」表示永久重定向，说明 请求的资源已经不存在了，需改用新的 URL 再次访问 。
  • 「302 Found」表示临时重定向，说明 请求的资源还在，但暂时需要用另一个 URL 来访问 。 301 和 302 都会在响应头里使用字段 Location，指明后续要跳转的 URL，浏览器会自动重定向新的 URL。
  • 「304 Not Modified」不具有跳转的含义，表示资源未修改，重定向已存在的缓冲文件，也称缓存重定向，用于缓存控制。
  1. 4xx 类状态码表示客户端发送的报文有误，服务器无法处理，也就是错误码的含义。
  • 「400 Bad Request」表示客户端请求的报文有错误，但只是个笼统的错误。
  • 「403 Forbidden」表示服务器禁止访问资源，并不是客户端的请求出错。
  • 「404 Not Found」表示请求的资源在服务器上不存在或未找到，所以无法提供给客户端。
  1. 5xx 类状态码表示客户端请求报文正确，但是服务器处理时内部发生了错误，属于服务器端的错误码。
  • 「500 Internal Server Error」与 400 类型，是个笼统通用的错误码，服务器发生了什么错误，我们并不知道。 「501 Not Implemented」表示客户端请求的功能还不支持，类似“即将开业，敬请期待”的意思。 「502 Bad Gateway」通常是服务器作为网关或代理时返回的错误码，表示服务器自身工作正常，访问后端服务器发生了错误。 「503 Service Unavailable」表示服务器当前很忙，暂时无法响应服务器，类似“网络服务正忙，请稍后重试”的意思。

http 常见字段有哪些？​

Host​

客户端发送请求时，用来指定服务器的域名。

Host: http://www.A.com

有了 Host 字段，就可以将请求发往「同一台」服务器上的不同网站。

Content-Length 字段​

服务器在返回数据时，会有 Content-Length 字段，表明本次回应的数据长度。

Content-Length: 1000

如上面则是告诉浏览器，本次服务器回应的数据长度是 1000 个字节，后面的字节就属于下一个回应了。

Connection 字段​

Connection 字段最常用于客户端要求服务器使用 TCP 持久连接，以便其他请求复用。

HTTP/1.1 版本的默认连接都是持久连接，但为了兼容老版本的 HTTP，需要指定

Connection 首部字段的值为 Keep-Alive。

Connection: keep-alive

一个可以复用的 TCP 连接就建立了，直到客户端或服务器主动关闭连接。但是，这不是标准字段。

Content-Type 字段​

Content-Type 字段用于服务器回应时，告诉客户端，本次数据是什么格式。

Content-Type: text/html; charset=utf-8

上面的类型表明，发送的是网页，而且编码是UTF-8。

客户端请求的时候，可以使用 Accept 字段声明自己可以接受哪些数据格式。

Accept: */*

上面代码中，客户端声明自己可以接受任何格式的数据。

Content-Encoding 字段​

Content-Encoding 字段说明数据的压缩方法。表示服务器返回的数据使用了什么压缩格式

Content-Encoding: gzip

上面表示服务器返回的数据采用了 gzip 方式压缩，告知客户端需要用此方式解压。 客户端在请求时，用 Accept-Encoding 字段说明自己可以接受哪些压缩方法。 Accept-Encoding: gzip, deflate

GET 与 POST​

说一下 GET 和 POST 的区别？​

Get 方法的含义是请求从服务器获取资源，这个资源可以是静态的文本、页面、图片视频等。

而POST 方法则是相反操作，它向 URI 指定的资源提交数据，数据就放在报文的 body 里。

比如，敲入了留言后点击「提交」，浏览器就会执行一次 POST 请求，把你的留言文字放进了报文 body 里，然后拼接好 POST 请求头，通过 TCP 协议发送给服务器。

GET 和 POST 方法都是安全和幂等的吗？​

先说明下安全和幂等的概念：

  • 在 HTTP 协议里，所谓的「安全」是指请求方法不会「破坏」服务器上的资源。
  • 所谓的「幂等」，意思是多次执行相同的操作，结果都是「相同」的。

那么很明显GET 方法就是安全且幂等的，因为它是「只读」操作，无论操作多少次，服务器上的数据都是安全的，且每次的结果都是相同的。

POST 因为是「新增或提交数据」的操作，会修改服务器上的资源，所以是不安全的，且多次提交数据就会创建多个资源，所以不是幂等的。

HTTP 特性​

你知道的 HTTP（1.1） 的优点有哪些，怎么体现的？​

HTTP 最凸出的优点是「简单、灵活和易于扩展、应用广泛和跨平台」

  1. 简单
    • HTTP 基本的报文格式就是 header + body，头部信息也是 key-value 简单文本的形式，易于理解，降低了学习和使用的门槛。
  2. 灵活和易于扩展
    • HTTP协议里的各类请求方法、URI/URL、状态码、头字段等每个组成要求都没有被固定死，都允许开发人员自定义和扩充。
    • 同时 HTTP 由于是工作在应用层（ OSI 第七层），则它下层可以随意变化。
    • HTTPS 也就是在 HTTP 与 TCP 层之间增加了 SSL/TLS 安全传输层，HTTP/3 甚至把 TCPP 层换成了基于 UDP 的 QUIC。
  3. 应用广泛和跨平台
    • 互联网发展至今，HTTP 的应用范围非常的广泛，从台式机的浏览器到手机上的各种 APP，从看新闻、刷贴吧到购物、理财、吃鸡，HTTP 的应用片地开花，同时天然具有跨平台的优越性。

那它的缺点呢?​

HTTP 协议里有优缺点一体的双刃剑，分别是「无状态、明文传输」，同时还有一大缺点「不安全」。

  1. 无状态双刃剑
    1. 无状态的好处，因为服务器不会去记忆 HTTP 的状态，所以不需要额外的资源来记录状态信息，这能减轻服务器的负担，能够把更多的 CPU 和内存用来对外提供服务。
    2. 无状态的坏处，既然服务器没有记忆能力，它在完成有关联性的操作时会非常麻烦。
    3. 例如登录->添加购物车->下单->结算->支付，这系列操作都要知道用户的身份才行。但服务器不知道这些请求是有关联的，每次都要问一遍身份信息。
    4. 这样每操作一次，都要验证信息，这样的购物体验还能愉快吗？别问，问就是酸爽！
    5. 对于无状态的问题，解法方案有很多种，其中比较简单的方式用 Cookie 技术。
    6. Cookie 通过在请求和响应报文中写入 Cookie 信息来控制客户端的状态。
    7. 相当于，在客户端第一次请求后，服务器会下发一个装有客户信息的「小贴纸」，后续客户端请求服务器的时候，带上「小贴纸」，服务器就能认得了了，
  2. 明文传输双刃剑
    1. 明文意味着在传输过程中的信息，是可方便阅读的，通过浏览器的 F12 控制台或 Wireshark 抓包都可以直接肉眼查看，为我们调试工作带了极大的便利性。
    2. 但是这正是这样，HTTP 的所有信息都暴露在了光天化日下，相当于信息裸奔。在传输的漫长的过程中，信息的内容都毫无隐私可言，很容易就能被窃取，如果里面有你的账号密码信息，那你号没了。
  3. 不安全
    1. HTTP 比较严重的缺点就是不安全：
      1. 通信使用明文（不加密），内容可能会被窃听。比如，账号信息容易泄漏，那你号没了。
      2. 不验证通信方的身份，因此有可能遭遇伪装。比如，访问假的淘宝、拼多多，那你钱没了。
      3. 无法证明报文的完整性，所以有可能已遭篡改。比如，网页上植入垃圾广告，视觉污染，眼没了。
    2. HTTP 的安全问题，可以用 HTTPS 的方式解决，也就是通过引入 SSL/TLS 层，使得在安全上达到了极致。

那你说下 HTTP/1.1 的性能如何？​

HTTP 协议是基于 TCP/IP，并且使用了「请求 - 应答」的通信模式，所以性能的关键就在这两点里。

  1. 长连接
    1. 早期 HTTP/1.0 性能上的一个很大的问题，那就是每发起一个请求，都要新建一次 TCP 连接（三次握手），而且是串行请求，做了无畏的 TCP 连接建立和断开，增加了通信开销。
    2. 为了解决上述 TCP 连接问题，HTTP/1.1 提出了长连接的通信方式，也叫持久连接。这种方式的好处在于减少了 TCP 连接的重复建立和断开所造成的额外开销，减轻了服务器端的负载。
    3. 持久连接的特点是，只要任意一端没有明确提出断开连接，则保持 TCP 连接状态。
  2. 管道网络传输
    1. HTTP/1.1 采用了长连接的方式，这使得管道（pipeline）网络传输成为了可能。
    2. 即可在同一个 TCP 连接里面，客户端可以发起多个请求，只要第一个请求发出去了，不必等其回来，就可以发第二个请求出去，可以减少整体的响应时间。
    3. 举例来说，客户端需要请求两个资源。以前的做法是，在同一个TCP连接里面，先发送 A 请求，然后等待服务器做出回应，收到后再发出 B 请求。管道机制则是允许浏览器同时发出 A 请求和 B 请求。
    4. 但是服务器还是按照顺序，先回应 A 请求，完成后再回应 B 请求。要是 前面的回应特别慢，后面就会有许多请求排队等着。这称为「队头堵塞」。
  3. 队头阻塞
    1. 「请求 - 应答」的模式加剧了 HTTP 的性能问题。
    2. 因为当顺序发送的请求序列中的一个请求因为某种原因被阻塞时，在后面排队的所有请求也一同被阻塞了，会招致客户端一直请求不到数据，这也就是「队头阻塞」。好比上班的路上塞车。
    3. 总之 HTTP/1.1 的性能一般般，后续的 HTTP/2 和 HTTP/3 就是在优化 HTTP 的性能。

HTTP 与 HTTPS​

HTTP 与 HTTPS 有哪些区别？​

HTTP 是超文本传输协议，信息是明文传输，存在安全风险的问题。HTTPS 则解决 HTTP 不安全的缺陷，在 TCP 和 HTTP 网络层之间加入了 SSL/TLS 安全协议，使得报文能够加密传输。
HTTP 连接建立相对简单， TCP 三次握手之后便可进行 HTTP 的报文传输。而 HTTPS 在 TCP 三次握手之后，还需进行 SSL/TLS 的握手过程，才可进入加密报文传输。
HTTP 的端口号是 80，HTTPS 的端口号是 443。
HTTPS 协议需要向 CA（证书权威机构）申请数字证书，来保证服务器的身份是可信的。

HTTPS 解决了 HTTP 的哪些问题？​

  1. HTTP 由于是明文传输，所以安全上存在以下三个风险：
    • 窃听风险，比如通信链路上可以获取通信内容，用户号容易没。
    • 篡改风险，比如强制入垃圾广告，视觉污染，用户眼容易瞎。
    • 冒充风险，比如冒充淘宝网站，用户钱容易没。
  2. HTTPS 在 HTTP 与 TCP 层之间加入了 SSL/TLS 协议。 http / https
  3. HTTP 与 HTTPS可以很好的解决了上述的风险：
    1. 信息加密：交互信息无法被窃取，但你的号会因为「自身忘记」账号而没。
    2. 校验机制：无法篡改通信内容，篡改了就不能正常显示。
    3. 身份证书：证明淘宝是真的淘宝网，但你的钱还是会因为「剁手」而没。

可见，只要自身不做「恶」，SSL/TLS 协议是能保证通信是安全的。

HTTPS 是如何解决上面的三个风险的？​

  • 混合加密的方式实现信息的机密性，解决了窃听的风险。
  • 摘要算法的方式来实现完整性，它能够为数据生成独一无二的「指纹」，指纹用于校验数据的完整性，解决了篡改的风险。
  • 将服务器公钥放入到数字证书中，解决了冒充的风险。
  1. 混合加密 通过混合加密的方式可以保证信息的机密性，解决了窃听的风险。

HTTPS 采用的是对称加密和非对称加密结合的「混合加密」方式：

  • 在通信建立前采用非对称加密的方式交换「会话秘钥」，后续就不再使用非对称加密。
  • 在通信过程中全部使用对称加密的「会话秘钥」的方式加密明文数据。

采用「混合加密」的方式的原因：

  • 对称加密只使用一个密钥，运算速度快，密钥必须保密，无法做到安全的密钥交换。
  • 非对称加密使用两个密钥：公钥和私钥，公钥可以任意分发而私钥保密，解决了密钥交换问题但速度慢。
  1. 摘要算法
  • 摘要算法用来实现完整性，能够为数据生成独一无二的「指纹」，用于校验数据的完整性，解决了篡改的风险。
  • 客户端在发送明文之前会通过摘要算法算出明文的「指纹」，发送的时候把「指纹 + 明文」一同
  • 加密成密文后，发送给服务器，服务器解密后，用相同的摘要算法算出发送过来的明文，通过比较客户端携带的「指纹」和当前算出的「指纹」做比较，若「指纹」相同，说明数据是完整的。
  1. 数字证书
  • 客户端先向服务器端索要公钥，然后用公钥加密信息，服务器收到密文后，用自己的私钥解密。
  • 这就存在些问题，如何保证公钥不被篡改和信任度？
  • 所以这里就需要借助第三方权威机构 CA （数字证书认证机构），将服务器公钥放在数字证书（由数字证书认证机构颁发）中，只要证书是可信的，公钥就是可信的。
  • 通过数字证书的方式保证服务器公钥的身份，解决冒充的风险。

HTTPS 是如何建立连接的？其间交互了什么？​

SSL/TLS 协议基本流程：

  • 客户端向服务器索要并验证服务器的公钥。
  • 双方协商生产「会话秘钥」。
  • 双方采用「会话秘钥」进行加密通信。

前两步也就是 SSL/TLS 的建立过程，也就是握手阶段。 SSL/TLS 的「握手阶段」涉及四次通信，可见下图：

SSL/TLS 的「握手阶段」涉及四次通信

SSL/TLS 协议建立的详细流程：

  1. ClientHello
    1. 首先，由客户端向服务器发起加密通信请求，也就是 ClientHello 请求。
    2. 在这一步，客户端主要向服务器发送以下信息：
      • 1）客户端支持的 SSL/TLS 协议版本，如 TLS 1.2 版本。
      • 2）客户端生产的随机数（Client Random），后面用于生产「会话秘钥」。
      • 3）客户端支持的密码套件列表，如 RSA 加密算法。
  2. SeverHello
    1. 服务器收到客户端请求后，向客户端发出响应，也就是 SeverHello。服务器回应的内容有如下内容：
      • 1）确认 SSL/ TLS 协议版本，如果浏览器不支持，则关闭加密通信。
      • 2）服务器生产的随机数（Server Random），后面用于生产「会话秘钥」。
      • 3）确认的密码套件列表，如 RSA 加密算法。
      • 4）服务器的数字证书。
  3. 客户端回应
    1. 客户端收到服务器的回应之后，首先通过浏览器或者操作系统中的 CA 公钥，确认服务器的数字证书的真实性。
    2. 如果证书没有问题，客户端会从数字证书中取出服务器的公钥，然后使用它加密报文，向服务器发送如下信息：
      • 1）一个随机数（pre-master key）。该随机数会被服务器公钥加密。
      • 2）加密通信算法改变通知，表示随后的信息都将用「会话秘钥」加密通信。
      • 3）客户端握手结束通知，表示客户端的握手阶段已经结束。这一项同时把之前所有内容的发生的数据做个摘要，用来供服务端校验。
    3. 上面第一项的随机数是整个握手阶段的第三个随机数，这样服务器和客户端就同时有三个随机数，接着就用双方协商的加密算法，各自生成本次通信的「会话秘钥」。
  4. 服务器的最后回应
    1. 服务器收到客户端的第三个随机数（pre-master key）之后，通过协商的加密算法，计算出本次通信的「会话秘钥」。然后，向客户端发生最后的信息：
      • 1）加密通信算法改变通知，表示随后的信息都将用「会话秘钥」加密通信。
      • 2）服务器握手结束通知，表示服务器的握手阶段已经结束。这一项同时把之前所有内容的发生的数据做个摘要，用来供客户端校验。
    2. 至此，整个 SSL/TLS 的握手阶段全部结束。接下来，客户端与服务器进入加密通信，就完全是使用普通的 HTTP 协议，只不过用「会话秘钥」加密内容。

HTTP/1.1、HTTP/2、HTTP/3 演变​

说说 HTTP/1.1 相比 HTTP/1.0 提高了什么性能？​

HTTP/1.1 相比 HTTP/1.0 性能上的改进：

  • 使用 TCP 长连接的方式改善了 HTTP/1.0 短连接造成的性能开销。
  • 支持 管道（pipeline）网络传输，只要第一个请求发出去了，不必等其回来，就可以发第二个请求出去，可以减少整体的响应时间。

但 HTTP/1.1 还是有性能瓶颈：

  • 请求 / 响应头部（Header）未经压缩就发送，首部信息越多延迟越大。只能压缩 Body 的部分；
  • 发送冗长的首部。每次互相发送相同的首部造成的浪费较多；
  • 服务器是按请求的顺序响应的，如果服务器响应慢，会招致客户端一直请求不到数据，也就是队头阻塞；
  • 没有请求优先级控制；
  • 请求只能从客户端开始，服务器只能被动响应。

那上面的 HTTP/1.1 的性能瓶颈，HTTP/2 做了什么优化？​

HTTP/2 协议是基于 HTTPS 的，所以 HTTP/2 的安全性也是有保障的。 那 HTTP/2 相比 HTTP/1.1 性能上的改进：

  1. 头部压缩
  • HTTP/2 会压缩头（Header）如果你同时发出多个请求，他们的头是一样的或是相似的，那么，协议会帮你消除重复的分。
  • 这就是所谓的 HPACK 算法：在客户端和服务器同时维护一张头信息表，所有字段都会存入这个表，生成一个索引号，以后就不发送同样字段了，只发送索引号，这样就提高速度了。
  1. 二进制格式
    • HTTP/2 不再像 HTTP/1.1 里的纯文本形式的报文，而是全面采用了二进制格式。
    • 头信息和数据体都是二进制，并且统称为帧（frame）：头信息帧和数据帧。
    • 这样虽然对人不友好，但是对计算机非常友好，因为计算机只懂二进制，那么收到报文后，无需再将明文的报文转成二进制，而是直接解析二进制报文，这增加了数据传输的效率。
    • HTTP/2
  2. 数据流
    • HTTP/2 的数据包不是按顺序发送的，同一个连接里面连续的数据包，可能属于不同的回应。因此，必须要对数据包做标记，指出它属于哪个回应。
    • 每个请求或回应的所有数据包，称为一个数据流（Stream）。
    • 每个数据流都标记着一个独一无二的编号，其中规定客户端发出的数据流编号为奇数， 服务器发出的数据流编号为偶数
    • 客户端还可以指定数据流的优先级。优先级高的请求，服务器就先响应该请求。
  3. 多路复用
    • HTTP/2 是可以在一个连接中并发多个请求或回应，而不用按照顺序一一对应。
    • 移除了 HTTP/1.1 中的串行请求，不需要排队等待，也就不会再出现「队头阻塞」问题，降低了延迟，大幅度提高了连接的利用率。
    • 举例来说，在一个 TCP 连接里，服务器收到了客户端 A 和 B 的两个请求，如果发现 A 处理过程非常耗时，于是就回应 A 请求已经处理好的部分，接着回应 B 请求，完成后，再回应 A 请求剩下的部分。
  4. 服务器推送
    • HTTP/2 还在一定程度上改善了传统的「请求 - 应答」工作模式，服务不再是被动地响应，也可以主动向客户端发送消息。
    • 举例来说，在浏览器刚请求 HTML 的时候，就提前把可能会用到的 JS、CSS 文件等静态资源主动发给客户端，减少延时的等待，也就是服务器推送（Server Push，也叫 Cache Push）。

HTTP/2 有哪些缺陷？HTTP/3 做了哪些优化？​

HTTP/2 主要的问题在于：多个 HTTP 请求在复用一个 TCP 连接，下层的 TCP 协议是不知道有多少个 HTTP 请求的。

所以一旦发生了丢包现象，就会触发 TCP 的重传机制，这样在一个 TCP 连接中的所有的 HTTP 请求都必须等待这个丢了的包被重传回来。

  • HTTP/1.1 中的管道（ pipeline）传输中如果有一个请求阻塞了，那么队列后请求也统统被阻塞住了
  • HTTP/2 多请求复用一个TCP连接，一旦发生丢包，就会阻塞住所有的 HTTP 请求。

这都是基于 TCP 传输层的问题，所以 HTTP/3 把 HTTP 下层的 TCP 协议改成了 UDP！ UDP

UDP 发生是不管顺序，也不管丢包的，所以不会出现 HTTP/1.1 的队头阻塞 和 HTTP/2 的一个丢包全部重传问题。

大家都知道 UDP 是不可靠传输的，但基于 UDP 的 QUIC 协议 可以实现类似 TCP 的可靠性传输。

  • QUIC 有自己的一套机制可以保证传输的可靠性的。当某个流发生丢包时，只会阻塞这个流，其他流不会受到影响。
  • TL3 升级成了最新的 1.3 版本，头部压缩算法也升级成了 QPack。
  • HTTPS 要建立一个连接，要花费 6 次交互，先是建立三次握手，然后是 TLS/1.3 的三次握手。QUIC 直接把以往的 TCP 和 TLS/1.3 的 6 次交互合并成了 3 次，减少了交互次数。

所以， QUIC 是一个在 UDP 之上的伪 TCP + TLS + HTTP/2 的多路复用的协议。 QUIC 是新协议，对于很多网络设备，根本不知道什么是 QUIC，只会当做 UDP，这样会出现新的问题。所以 HTTP/3 现在普及的进度非常的缓慢，不知道未来 UDP 是否能够逆袭 TCP。

参考书籍：《图解 HTTP》，我也做了笔记：我的笔记