#HTTP/1.1、HTTP/2 与 HTTP/3 的差异

#1. 面试题

Q：HTTP/2 相比 HTTP/1.1 有哪些改进？HTTP/3 又解决了 HTTP/2 的什么问题？

#2. 核心结论

HTTP/1.1、HTTP/2 和 HTTP/3 使用的 HTTP 方法、状态码和语义基本一致，主要区别在于：如何建立连接，以及如何在连接中传输多个请求和响应。

• HTTP/1.1：为了并发加载资源，浏览器通常会建立多条 TCP 连接，每条连接中的请求主要依次处理。
• HTTP/2：通常复用一条 TCP 连接，通过多个 HTTP/2 Stream 并发传输请求，并使用 HPACK 压缩请求头；但仍然存在 TCP 层的队头阻塞。
• HTTP/3：通常复用一条 QUIC 连接，通过多个 QUIC Stream 并发传输；一个 Stream 丢包等待重传时，不会阻止其他 Stream 继续交付已经收到的数据。

#3. 核心对比

这里的连接数量都是常见实现，不是协议强制规定的固定数量。不同源、连接替换、代理和浏览器隔离策略都可能产生额外连接。

#4. HTTP/1.1：通过多条连接实现并发

HTTP/1.1 默认支持持久连接，一条 TCP 连接可以被多个请求重复使用，并不需要每次请求都重新建立连接。

但是，HTTP/1.1 没有 Stream ID 来区分同一连接中的多个并发响应。它虽然支持请求管线化，可以连续发送多个请求，但服务器必须按照请求顺序返回响应，前面的响应较慢时，后面的响应仍然需要等待。因此浏览器实际通常不会依赖管线化，而是对同一个源建立多条 TCP 连接来实现并发：

同一个源
├── TCP 连接 1：请求 A → 响应 A → 请求 D
├── TCP 连接 2：请求 B → 响应 B → 请求 E
└── TCP 连接 3：请求 C → 响应 C → 请求 F

HTTP/1.1 协议没有规定同一个源必须建立多少条连接。面试中经常提到的“浏览器同域名最多 6 条连接”只是常见实现策略，不是协议限制，具体数量可能因浏览器和运行环境而变化。

这种并发方式存在几个问题：

概括来说，HTTP/1.1 存在 往返延迟难以消除、连接级并发限制、应用层队头阻塞、多连接开销和 Header 冗余。这些问题会增加页面资源的整体加载时间，最终影响用户体验：

• 往返延迟难以消除：增加带宽可以提高数据吞吐量，却不能消除由传播距离和网络路径决定的 RTT。HTTP/1.1 加载大量资源时需要等待连接、请求和响应，这些往返过程会不断累积延迟。
• 连接级并发限制：浏览器对同一个源建立的并发连接数量有限，连接全部被占用后，超出的请求只能排队。常见的“最多 6 条连接”是浏览器实现策略，不是 HTTP/1.1 的协议规定。
• 应用层队头阻塞：同一连接通常需要完成前一个 HTTP 请求和响应后，才能可靠地处理下一个请求；慢请求会长期占用连接，使后续请求等待。
• 多连接开销：每条 TCP 连接都要独立建立并进行拥塞控制，还会经历慢启动；HTTPS 连接还需要完成 TLS 握手。建立更多连接虽然提高了并发度，也带来了额外的时间和资源成本。
• Header 冗余：HTTP 是无状态协议，每个请求都需要携带 Header。Cookie、User-Agent 等字段经常在多个请求中重复出现，Cookie 较大时尤其容易产生额外传输开销。

#5. HTTP/2：一条 TCP 连接并发传输多个请求

HTTP/2 引入二进制分帧，把请求和响应拆成 HEADERS、DATA 等帧。每个请求和响应属于一个带有 Stream ID 的 HTTP/2 Stream，不同 Stream 的帧可以在一条 TCP 连接中交错传输：

一条 TCP 连接
├── Stream 1：HTML
├── Stream 3：CSS
├── Stream 5：JavaScript
└── Stream 7：图片

#HTTP/2 的主要改进

1. 多路复用

   多路复用可以直接理解为：一条连接同时承载多个 Stream。每个请求和对应响应使用一个独立的逻辑 Stream，但不需要为每个 Stream 重新建立 TCP 连接或进行 TLS 握手。

   不同 Stream 的数据会被拆成带有 Stream ID 的帧，然后在同一条连接中交错传输：

   Stream 1 HEADERS
   Stream 3 HEADERS
   Stream 1 DATA
   Stream 5 HEADERS
   Stream 3 DATA
   Stream 5 DATA

   接收方根据 Stream ID 把帧归类到对应的请求。这样多个请求可以同时发出，不需要等待某条连接空闲；某个请求的服务端处理较慢时，连接仍然可以传输其他 Stream 的数据。

2. 二进制分帧

   HTTP 消息被拆成可识别所属 Stream 的帧，使不同请求的数据能够在同一连接中交错传输。

3. HPACK Header 压缩

   一个页面通常会请求 HTML、CSS、JavaScript、图片等大量资源，每个请求和响应都会携带 Header。其中 Cookie、User-Agent、Accept、Authorization 等内容经常重复出现；请求数量较多或 Cookie 较大时，反复发送完整 Header 会产生明显的额外开销。

   HPACK 综合使用静态表、动态表、索引、字面量和 Huffman 编码。已经发送过的 Header 可以通过索引或只发送变化部分来表示，从而减少传输数据量，并不只是简单地“发送一个索引号”。

   Header 压缩只负责压缩 HTTP 请求头和响应头，不负责压缩 HTML、JSON 等正文内容。正文通常由 gzip、Brotli 等内容编码负责压缩。

#为什么 HTTP/2 一条连接还能比 HTTP/1.1 多条连接快？

连接数量不等于并发能力。HTTP/2 的一条连接可以包含很多并发 Stream，因此它通常有以下优势：

• 多个请求可以一起发出，减少等待可用连接的时间。
• 不同响应的数据可以交错传输，慢请求不会一直占用唯一的请求位置。
• 减少重复建立 TCP 和 TLS 连接的成本。
• HPACK 减少重复 Header 的大小。
• 所有请求共享已经建立并进入稳定状态的连接，连接利用率通常更高。

#HTTP/2 仍然存在什么问题？

HTTP/2 的所有 Stream 最终都通过同一条 TCP 字节流传输。TCP 必须按照字节顺序向上层交付数据，如果中间一个 TCP 报文段丢失，即使后面的数据已经到达，也需要等待丢失的数据重传。

因此，一个 TCP 报文段丢失可能让这条连接中的所有 HTTP/2 Stream 暂时无法继续交付数据。这就是 HTTP/2 仍然存在的 TCP 层队头阻塞。

在高丢包网络中，HTTP/2 多路复用的优势可能下降，但不能直接得出 HTTP/1.1 一定更快的结论，因为 HTTP/1.1 的多条连接也会增加握手、拥塞控制和服务器资源成本。

#Server Push 还需要重点讲吗？

HTTP/2 协议定义了 Server Push，服务端可以在客户端请求前主动推送可能需要的资源。但它很难准确判断浏览器是否已经缓存资源，实际收益不稳定，Chromium 已默认禁用该能力。

因此面试中可以把 Server Push 作为协议特性提及，但不应再把它作为现代 Web 项目的主要优化手段。当前通常优先考虑 Preload 或 103 Early Hints。

#6. HTTP/3：使用 QUIC 减少跨流队头阻塞

HTTP/3 不再使用 TCP，而是使用基于 UDP 的 QUIC。这里的“基于 UDP”不代表 HTTP/3 不可靠：QUIC 自己实现了可靠传输、丢包重传、流量控制、拥塞控制和加密。

HTTP/3 通常对同一个源复用一条 QUIC 连接，并在连接中创建多个 QUIC Stream：

一条 QUIC 连接
├── 控制 Stream
├── QPACK 编码、解码 Stream
├── 双向 Stream：HTML 请求和响应
├── 双向 Stream：CSS 请求和响应
└── 双向 Stream：JavaScript 请求和响应

#QUIC Stream 是什么？

QUIC Stream 是一条 QUIC 连接内部的逻辑数据通道，不是一条独立网络连接。创建 Stream 不需要重新进行网络连接或 TLS 握手。

它具有以下特点：

• 同一个 Stream 内的数据可靠并且按顺序交付。
• 如果一个 Stream 中间的数据丢失，这个 Stream 需要等待重传。
• 不同 Stream 的交付相对独立，一个 Stream 等待重传时，其他 Stream 可以继续交付数据。
• 所有 Stream 仍然共享连接的总带宽和拥塞控制；发生丢包后，整个连接的发送速度仍可能下降。

HTTP/3 的一个请求和对应响应通常使用一个客户端创建的双向 QUIC Stream。控制信息和 QPACK 状态则使用单向 Stream。

#HTTP/3 的主要改进

1. 减少跨 Stream 的传输层队头阻塞

   某个 Stream 丢包时，主要由该 Stream 等待重传，不会像 TCP 那样要求其他 Stream 等待缺失的字节补齐后才能继续交付。

2. QPACK Header 压缩

   HTTP/3 使用适配 QUIC 多 Stream 模型的 QPACK。它的目标与 HPACK 相同，都是减少重复 Header，但处理动态表和到达顺序的方式不同。

3. 更快的连接建立

   QUIC 将传输连接和 TLS 1.3 握手结合起来，首次连接通常可以用 1-RTT 建立。只有客户端和服务器之间存在之前连接保存的会话信息，并且服务器允许时，才能尝试使用 0-RTT 提前发送数据。

   0-RTT 数据存在重放风险，因此并不是所有请求都适合使用，也不能把 HTTP/3 简单理解为“每次都是 0-RTT”。

4. 连接迁移

   QUIC 使用 Connection ID 识别连接，不完全依赖 IP 和端口。当设备从 Wi-Fi 切换到移动网络时，可以验证新路径并继续使用原来的 QUIC 连接。

#HTTP/3 是否一定比 HTTP/2 快？

不一定。HTTP/3 在高延迟、存在一定丢包或网络切换的场景中通常更有优势，但也存在以下成本：

• QUIC 和加密处理更加复杂，可能增加 CPU 开销。
• 部分网络设备或防火墙可能限制 UDP，浏览器需要回退到 HTTP/2。
• 如果页面资源很少、网络稳定，HTTP/2 和 HTTP/3 的实际差距可能很小。
• 服务端和客户端实现质量也会影响最终性能。

#7. 队头阻塞是如何逐步改善的？

#HTTP/1.1

同一连接中的响应需要按照请求顺序返回。前面的响应慢，后面的响应也需要等待，因此存在应用层队头阻塞。浏览器通过建立多条连接缓解这个问题。

#HTTP/2

多个请求通过不同 Stream 交错传输，解决了 HTTP/1.1 的应用层队头阻塞。但所有 Stream 仍然共享一条有序 TCP 字节流，因此仍有 TCP 层队头阻塞。

#HTTP/3

QUIC 在传输层直接提供多个 Stream。单个 Stream 内仍然要求有序交付，但一个 Stream 等待丢包重传时，不会阻止其他 Stream 继续交付数据。

#为什么 HTTP/2 会一起阻塞，而 HTTP/3 不会？

HTTP/2 的 Stream 只存在于 HTTP/2 层，底层 TCP 并不知道数据属于哪个 Stream。TCP 看到的是一条统一编号、必须按顺序交付的字节流：

数据包 1：Stream 1 的数据，丢失
数据包 2：Stream 3 的数据，已到达
数据包 3：Stream 5 的数据，已到达

即使数据包 2 和数据包 3 已经到达，TCP 也要等待数据包 1 重传后，才能继续按顺序向 HTTP/2 交付数据。因此 Stream 1 的丢包可能让 Stream 3 和 Stream 5 一起等待。

QUIC 则在传输层直接管理多个 Stream，并分别维护每个 Stream 的数据顺序：

Stream 1：等待丢失数据重传
Stream 3：继续交付已经到达的数据
Stream 5：继续交付已经到达的数据

所以 HTTP/3 避免的是不同 Stream 之间因为统一传输顺序产生的阻塞，并不是完全没有阻塞：

• 同一个 Stream 内仍然需要按顺序交付，丢失中间数据时，后续数据仍要等待。
• 所有 Stream 仍然共享连接带宽和拥塞控制，丢包可能让整个连接的发送速度下降。

可以总结为：

HTTP/1.1：请求之间可能互相等待
HTTP/2：请求可以并发，但 TCP 丢包可能让所有 Stream 等待
HTTP/3：不同 Stream 相对独立，丢包主要阻塞对应 Stream

#8. 高频追问

#HTTP/1.1、HTTP/2、HTTP/3 分别建立几条连接？

• HTTP/1.1 为了并发通常对同一个源建立多条 TCP 连接，但数量由客户端决定，协议没有规定固定值。
• HTTP/2 通常对同一个源复用一条 TCP 连接，通过多个 HTTP/2 Stream 并发。
• HTTP/3 通常对同一个源复用一条 QUIC 连接，通过多个 QUIC Stream 并发。

这些都是常见模型，不是绝对限制。

#QUIC Stream 与 QUIC 连接是什么关系？

QUIC 连接是真正维护网络状态、安全状态和拥塞控制的连接；QUIC Stream 是连接内部的数据通道。多个 Stream 共用连接资源，但分别维护各自的数据顺序和传输状态。

#HTTP/3 是因为使用 UDP 才更快吗？

不是简单因为 UDP 更快。UDP 只为 QUIC 提供基础的数据报传输能力，真正的改进来自 QUIC 自己实现的多 Stream、集成 TLS 握手、连接迁移以及更灵活的传输控制。

#9. 面试回答模板

HTTP/1.1 默认支持持久连接，但为了并发加载资源，浏览器通常需要对同一个源建立多条 TCP 连接，每条连接中的请求主要依次处理。HTTP/2 使用二进制分帧和多路复用，在一条 TCP 连接中通过多个 Stream 并发传输请求，并使用 HPACK 压缩 Header，因此能减少连接建立、请求排队和重复 Header 的开销；但所有 Stream 仍然共享 TCP 的有序字节流，所以存在 TCP 层队头阻塞。HTTP/3 将底层换成 QUIC，在一条 QUIC 连接中使用相对独立的 QUIC Stream，并使用 QPACK 压缩 Header，一个 Stream 丢包不会阻止其他 Stream 继续交付数据；同时还支持更快的连接建立和连接迁移。

#参考资料

• RFC 9112：HTTP/1.1
• RFC 9113：HTTP/2
• RFC 9114：HTTP/3
• RFC 9000：QUIC
• RFC 9204：QPACK
• Chrome：Remove HTTP/2 Server Push