构建高性能WEB之HTTP首部优化

0×00 前言

在讨论浏览器优化之前，首先我们先分析下从客户端发起一个HTTP请求到用户接收到响应之间，都发生了什么？知己知彼，才能百战不殆。这也是作为一个WEB开发者，为什么一定要深入学习TCP/IP等网络知识。

0×01 到底发生什么了？

当用户发起一个HTTP请求时，首先客户端将与服务端之间建立TCP连接，成功建立连接后，服务端将对请求进行处理，并对客户端做出响应，响应内容一般包括响应主体。

(此处我们仅简单说明，但真实的一次请求其中发生的事情是相当复杂的，这里贴条连接，讲得比较详细)。

从输入 URL 到页面加载完成的过程中都发生了什么事情？

建立TCP连接

为了进行可靠的数据传输，TCP在进行发送数据之前，会进行TCP三次握手，以此确定接收方能够成功收取传输的数据，而建立连接的过程，必然是要耗费系统资源，以及时间资源的。

服务端处理并响应

当服务端接收到客户端发送来的请求之后，如果请求内容是静态资源，服务端会从硬盘中取出静态资源，然后将静态资源放在响应主体中，发送给客户端。如果是动态资源，服务端首先取出资源，并通过业务逻辑操作，动态生成最终的响应主体，然后发送给客户端。

客户端渲染

客户端接受到服务端传输过来的网络资源，然后进行渲染，绘制等，最终展示给用户。

0×02 优化点在哪里？

通过简单的了解，我们了解到TCP建立连接是有资源消耗，时间消耗的，那么如果我们无需每次简历TCP连接，那是否可以提高网站的性能呢？答案是肯定的。

优化点1：减少TCP连接

我们知道，在获取资源的时候，以获取速度从慢到快是：网络资源->本地硬盘资源->本地内存资源。而网络资源也分硬盘资源以及内存资源。并且网络资源的传输，也是有相当大的时延的。

优化点2：对数据进行缓存
优化点3：减少数据传输量

0×03 如何进行优化？

本篇文章主要说的优化点是与HTTP首部有关的优化，或者说是与浏览器端有关的优化，其它优化这里暂不赘述。

持久连接： `Keep-Alive`

HTTP连接设计之初是请求-响应-关闭，也就是每建立一次HTTP连接，只能进行一次资源请求，当需要在同一目标服务器上获取多个资源的时候，就需要多次建立HTTP连接，而这个多次建立连接的过程，便降低了网站的性能。

于是，出现了 Connection:Keep-Alive ，人称持久连接。 Keep-Alive 避免了建立或者说重新建立连接的过程，减少了HTTP连接。

而与此配套的有 Keep-Alive:timeout=120,max=5

其中, timeout=120 是指这个TCP通道保持120S， max=5 指这个TCP通道最多接收5个HTTP请求，之后便自动关闭该连接。

修改时间： `Last-Modified` 和 `If-Modified-Since`

Last-Modified首部是服务端对客户端的HTTP响应所加的一个与缓存有关的HTTP首部，该首部标记了所请求资源在服务端的最后修改时间。类似：

Last-Modified : Fri , 12 May 2015 13:10:33 GMT

当客户端发现HTTP响应头中有 Last-Modified ，会对资源进行缓存，在下次请求资源时，在HTTP请求头中添加 If-Modified-Since 首部，首部中将会添加上次成功请求资源时响应头部的 Last-Modified 属性值，即：

If-Modified-Since : Fri , 12 May 2015 13:10:33 GMT

当服务端接收到的HTTP请求中，发现有 If-Modified-Since 头部时，会将该属性值与请求资源的最后修改时间进行比对，如果最后修改时间与该属性值一致时，服务端会返回一个 304 Not Modified 响应，该响应中不包括响应实体。浏览器收到304的响应后，会进行重定向，获取本地缓存资源。如果最后修改时间与该属性值不一致，则会从服务端重新获取资源，做出200响应。

版本标记： `ETag` 和 `If-None-Match`

ETag 其实与 Last-Modified 是差不多的方式，但是 ETag 并没有选择以时间作为标记，而是对所请求文件进行某些算法来生成一串唯一的字符串，作为对某一文件的标记。当收到客户端对某一资源的请求时，服务端在响应时，添加 ETag 首部,如下：

ETag:W/"a627ff1c9e65d2dede2efe0dd25efb8c"

当客户端发现ETag头部时，同样会对资源进行缓存，并在下次请求时，在请求头部添加 If-None-Match ，如：

If-None-Match:W/"a627ff1c9e65d2dede2efe0dd25efb8c"

当服务端收到请求中含有该头部时，会使用同样的 ETag 生成算法对文件ETag进行计算，并与 If-None-Match 属性值进行比对，如果一致，则返回一个 304 Not Modified 响应，基本与上一种方式是一致的。

缓存时间： `Expires` 和 `Cache-Control`

上述两种方式中，每次请求资源时，虽然在有缓存的情况下，选择缓存进行渲染绘制，但是在这之前还是发起了一次HTTP请求，虽然并没有真实的响应实体，但是依然会造成一些资源消耗。而 Expires 与上述两种方式使用了不同的思路。

当服务端希望客户端浏览器对某一资源进行缓存时，为了免去客户端每次都要询问自己：我上次的缓存现在还能用吗？所以，服务端选择了放权。只去告诉浏览器，我这次给你的资源你可以用多长时间，在这个时间段内，你可以一直使用它，无需每次咨询我。而服务端就是通过 Expires 属性来告诉客户端浏览器可以多长时间内不需要询问服务端。如下：

Expires:Thu, 19 Nov 2015 15:00:00 GMT

当客户端在响应首部中发现该属性值时，便会将该资源缓存起来，而缓存的过期时间即是 Expires 中的时间。在这个时间段内，浏览器完全自主。

但是， Expires 有一个不足的地方是，如果服务端时间与客户端本地时间不统一时，可能服务端让客户端可以对该资源缓存一个小时，而客户端本地时间比服务端时间快了两个小时，那就意味着，所有缓存都将不会生效。

于是有了弥补该不足的一个属性，即： Cache-Control 。如果服务端在响应首部添加该属性时，客户端将直接使用该属性值来生成本地时间的缓存过期时间，这样便解决了这个问题，如下：

Cache-Control:max-age=3600

如果客户端在2015年10月01日13时00分00秒收到该响应时，便会加上3600秒也就是2015年10月01日14时00分00秒作为缓存过期时间。如果响应头部既有 Expires 和 Cache-Control ，浏览器会首选 Cache-Control 。