在過(guò)去的十年中，HTTP社區(qū)一直忙于對(duì)Web協(xié)議現(xiàn)代化，對(duì)核心規(guī)范進(jìn)行了多次修訂與擴(kuò)展，從HTTP/2以及現(xiàn)在的 HTTP/3。不幸的是，從最初到現(xiàn)在我們定義和使用HTTP header的方式并沒(méi)有什么大的改變，由于未指定的Headers（以及處理方式的多樣性）引起的互通性問(wèn)題，為開(kāi)發(fā)人員帶來(lái)很多痛苦，甚至引發(fā)安全問(wèn)題。

●HTTP標(biāo)頭有什么問(wèn)題？●

大多數(shù)Web開(kāi)發(fā)人員都熟悉HTTP標(biāo)頭；如Content-Length、Cache-Control和Cookie之類。它們會(huì)攜帶請(qǐng)求和響應(yīng)的元數(shù)據(jù)，通常，這部分?jǐn)?shù)據(jù)是消息發(fā)送者由于某種原因無(wú)法放入正文內(nèi)容的信息，或者是消息接收者無(wú)需查看正文內(nèi)容即可獲得的信息。 因?yàn)闃?biāo)頭需要由許多不同的客戶端和服務(wù)器，代理服務(wù)和CDN處理（通常在消息的生存期內(nèi)不止一次），所以大家希望它們易于處理，高效解析并且定義明確句法。 HTTP將頭值（更恰當(dāng)?shù)恼f(shuō)是字段值，因?yàn)樗鼈円部赡艹霈F(xiàn)在主體后面的尾部字段中)定義為一個(gè)約束很少的“八進(jìn)制序列”(即字節(jié)），盡管建議是ASCII字節(jié)。它還建議在ABNF中定義標(biāo)題，如果用逗號(hào)分隔字段的值，則可以將同名的多個(gè)字段組合在同一行上。 因此，每個(gè)標(biāo)題字段都有自己的唯一定義，需要知道它才能解析值。一些領(lǐng)域作者使用ABNF來(lái)做到這一點(diǎn)；另一些人使用示例。有些只是讓你根據(jù)你以前看到的價(jià)值觀來(lái)猜測(cè)。 例如，考慮年齡年限標(biāo)題。它是核心HTTP規(guī)范的一部分，所以它應(yīng)該是定義明確的，而且它只是一個(gè)簡(jiǎn)單的整數(shù)。

Age: 42

由此ABNF指定:

Age = delta-secondsdelta-seconds = 1*DIGITDIGIT = %x30-39 ; 0-9

起初這似乎很簡(jiǎn)單——0到9之間數(shù)字的一個(gè)到多個(gè)實(shí)例。但在實(shí)際考慮中，如果一個(gè)實(shí)現(xiàn)遇到這些現(xiàn)實(shí)標(biāo)題中的任何一個(gè)，它應(yīng)該做什么：

Age: 0, 60Age: 60, 0Age: 50mAge: abc234Age: 60;ms=212

它不是那么簡(jiǎn)單，因?yàn)闇y(cè)試真正的緩存需要用年限顯示。 因此，當(dāng)同一個(gè)人正在編寫生成和消耗消息頭的代碼而沒(méi)有其他人時(shí)，示例或ABNF可能是一個(gè)足夠的定義，但如果有多個(gè)實(shí)現(xiàn)生成和解析值，則互操作性是很糟的。 每個(gè)標(biāo)題作者都必須記住要解決一個(gè)問(wèn)題列表，這些問(wèn)題涉及如何處理重復(fù)值、案例規(guī)范化、無(wú)論是單個(gè)項(xiàng)目還是列表等等。通常，他們不會(huì)處理這些問(wèn)題，這意味著開(kāi)發(fā)者通常以不同的方式自行選擇。 未充分指定的消息頭也是安全問(wèn)題的來(lái)源；如果實(shí)現(xiàn)解析消息頭的方式不同，它們的行為可能會(huì)不同，從而導(dǎo)致Response Splitting這類的攻擊。 瀏覽器供應(yīng)商已經(jīng)足夠關(guān)注這些問(wèn)題，開(kāi)始像CSP算法那樣定義頭。也就是說(shuō)，他們費(fèi)力地定義解析和序列化算法，然后創(chuàng)建測(cè)試用例。這種方法對(duì)字段語(yǔ)法的模糊性較小，實(shí)現(xiàn)之間的差異較小。然而，它仍然是一次性的；它只有助于澄清特定標(biāo)題的算法。對(duì)于規(guī)范的作者來(lái)說(shuō)，去努力并確保它是正確的也是很累的-所以大多數(shù)標(biāo)題作者都不會(huì)費(fèi)心。它還為實(shí)現(xiàn)者創(chuàng)建了大量繁忙的工作，因?yàn)樗麄冃枰謩e實(shí)現(xiàn)每個(gè)新的頭的解析器。

●引入結(jié)構(gòu)化領(lǐng)域●

HTTP工作組已經(jīng)非常清楚了這類問(wèn)題，幾年前我們開(kāi)始嘗試定義一些更好的方法，使人們可以使用這些東西來(lái)創(chuàng)建新的字段。經(jīng)過(guò)幾次嘗試后，我們確定了一種最初稱為結(jié)構(gòu)化標(biāo)題的方法，但我們現(xiàn)在（更正確地）稱之為“結(jié)構(gòu)化字段”。 結(jié)構(gòu)化字段是一個(gè)定義良好的數(shù)據(jù)類型庫(kù)，在HTTP頭和拖車中可能有用，包括字符串、Tokens、布爾值、整數(shù)、小數(shù)和字節(jié)序列作為原子“Item”類型，以及這些項(xiàng)的列表和字典。重要的是，它定義了每種類型的精確解析和序列化算法，以及錯(cuò)誤處理和詳細(xì)的測(cè)試套件-所有這些都有助于確?；ゲ僮餍?。 這允許新頭字段的作者根據(jù)這些類型定義它。例如，他們可以說(shuō)“這是一個(gè)字符串列表”，人們將知道如何使用一個(gè)現(xiàn)成的庫(kù)來(lái)明確地解析和生成標(biāo)頭，而不是編寫特定于頭的代碼。

Example-Header: "blue", "sort of red", "green"每個(gè)項(xiàng)目也可以有參數(shù)，或鍵/值對(duì)的額外信息。參數(shù)是一種重要的可擴(kuò)展性機(jī)制，它允許消息頭隨著時(shí)間的推移而演變。

Example-Header: "blue"; websafe, "sort of red"; author="sue", "green"

遞歸的形式也很有限；列表和字典值也可以包含列表，例如：

Example-Header: people=(joanna stacy), places=("new york" "rome") 內(nèi)部列表中的每個(gè)項(xiàng)目以及內(nèi)部列表本身都可以進(jìn)行參數(shù)化。 你可能會(huì)注意到，這些消息頭看起來(lái)很像許多現(xiàn)有的HTTP字段。這是通過(guò)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)的；不僅對(duì)開(kāi)發(fā)人員來(lái)說(shuō)是舒適的，它還允許通過(guò)結(jié)構(gòu)化字段實(shí)現(xiàn)生成許多現(xiàn)有字段，并且通常它們也可以被解析。例如，許多Cache-Control報(bào)頭都是有效的“結(jié)構(gòu)化字段”，即使它沒(méi)有定義為一個(gè)：

Cache-Control: max-age=3600, immutable

很不幸你還不能將結(jié)構(gòu)化字段用于現(xiàn)有的標(biāo)頭，也無(wú)法僅通過(guò)查看它來(lái)判斷給定字段是否是結(jié)構(gòu)化字段；你必須知道它的定義值，因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)化字段至少在現(xiàn)在才用于新字段。

●使用結(jié)構(gòu)化字段獲得更好的性能●

指定新字段更容易，并使它們更安全和更可互操作，這對(duì)HTTP來(lái)說(shuō)是一個(gè)顯著的改進(jìn)。如果結(jié)構(gòu)化字段也能幫助HTTP性能呢？他們有兩種方法可以幫助你。顯然，這些都是投機(jī)性的好處，但它們?nèi)匀皇怯腥さ恼務(wù)摗? 首先是解析效率。由于傳統(tǒng)的HTTP消息頭是文本形式的，解析器必須接觸字符串中的每個(gè)字節(jié)，有時(shí)需要多次，有時(shí)會(huì)將其復(fù)制并重新復(fù)制到內(nèi)存的不同部分。這是一個(gè)固有的低效過(guò)程，HTTP/2和HTTP/3是二進(jìn)制協(xié)議而不是文本協(xié)議的原因之一。 在結(jié)構(gòu)化字段之前，我們對(duì)此無(wú)能為力，因?yàn)镠TTP消息頭的定義非常松散。結(jié)構(gòu)化字段中定義良好的數(shù)據(jù)類型會(huì)改變這一點(diǎn)?，F(xiàn)在，我們可以定義一個(gè)新的，二進(jìn)制序列化的任何頭使用他們。 二元結(jié)構(gòu)化字段是定義這種序列化的草案建議，以定義這樣的序列化。它使用HTTP/2（和/3）SETTINGS機(jī)制來(lái)協(xié)商對(duì)替代序列化的支持，并利用結(jié)構(gòu)化字段與許多現(xiàn)有標(biāo)題字段的語(yǔ)法的相似性將其返回到一組已經(jīng)廣泛使用的標(biāo)題字段上，如果它們無(wú)法解析，則返回到不透明的文本。 二進(jìn)制序列化將幫助性能多少？由于預(yù)期會(huì)減少CPU負(fù)載，因此它應(yīng)該減少請(qǐng)求處理的延遲并提高可伸縮性。我們還沒(méi)有真實(shí)的統(tǒng)計(jì)，但是如果你考慮許多標(biāo)題所采取的路徑-從JavaScript到瀏覽器，然后再到CDN，通過(guò)多個(gè)CDN節(jié)點(diǎn)到源服務(wù)器，再到應(yīng)用程序代碼本身。累積節(jié)省的潛力是有吸引力的。 結(jié)構(gòu)化字段可能有助于性能的第二種方法是通過(guò)提高壓縮效。HTTP/2為頭和拖車字段引入了HPACK壓縮。雖然它的前身SPDY使用GZIP，但由于CRIME攻擊，它被發(fā)現(xiàn)是不安全的。因此，HPACK(及其繼承者QPACK)通過(guò)引用整個(gè)字段值來(lái)壓縮字段；如果它的任何一部分發(fā)生變化，它就不能使用以前的引用（有時(shí)會(huì)對(duì)壓縮效率產(chǎn)生令人驚人的影響）。 之所以選擇整值粒度，是因?yàn)橥ㄓ媒馕銎鳠o(wú)法理解字段值的結(jié)構(gòu)；為了安全起見(jiàn)，我們必須確保攻擊者無(wú)法通過(guò)猜測(cè)部分字段值來(lái)探測(cè)加密。 對(duì)于結(jié)構(gòu)化字段，現(xiàn)在有一種潛在的方法可以使壓縮算法對(duì)字段中的單個(gè)數(shù)據(jù)類型而不是整個(gè)值進(jìn)行操作。

Cache-Control: max-age=3600, s-maxage=7200, must-revalidate

例如，考慮以下Cache-Control字段： 使用HPACK和QPACK，整個(gè)字段值存儲(chǔ)在動(dòng)態(tài)表中，并且只能由具有完全相同值的未來(lái)消息引用。如果我們將其解析為結(jié)構(gòu)化字段并存儲(chǔ)單個(gè)數(shù)據(jù)類型，我們可以存儲(chǔ)：

lmax-age

l3600

ls-maxage

l7200

lmust-revalidate

這些變量中的每一個(gè)都可以在將來(lái)的標(biāo)頭中出現(xiàn)時(shí)分別引用，從而使壓縮算法更精細(xì)，而且效率更高。 早期的原型表明，使用這種技術(shù)的提升對(duì)于Web瀏覽器連接來(lái)說(shuō)效率非常低的，因?yàn)樗鼈兊臉?biāo)題往往是高度重復(fù)的，用多個(gè)字節(jié)（字段值中的每種類型都有一個(gè)字節(jié)）替換HPACK中的1字節(jié)引用實(shí)際上會(huì)造成傷害。 對(duì)于從多個(gè)客戶端攜帶流量的連接——例如反向代理和源服務(wù)器上游的CDN所看到的流量——好處可能更明顯；需要更多的實(shí)驗(yàn)。

●長(zhǎng)期改善HTTP●

如果上面描述的反向?qū)爰夹g(shù)被捕獲，未來(lái)版本的HTTP(或HTTP/2和HTTP/3的擴(kuò)展)可以大大減少使用中的非結(jié)構(gòu)化消息頭的數(shù)量。 二進(jìn)制結(jié)構(gòu)化字段草案描述了兩種實(shí)現(xiàn)方法。如果字段的語(yǔ)法與結(jié)構(gòu)化字段兼容-至少在大多數(shù)情況下-它可以作為一個(gè)發(fā)送，當(dāng)失敗時(shí)返回到明文標(biāo)題。 沒(méi)有兼容語(yǔ)法的標(biāo)題需要另一種方法。例如，Date、Last-Modified、Expires和類似的消息頭永遠(yuǎn)不可能是有效的結(jié)構(gòu)化字段。但是，可以將日期表示為整數(shù)，結(jié)構(gòu)化字段可以傳遞整數(shù)。 所以，就有這樣的標(biāo)題：

Date: Thu, 09 Apr 2020 09:06:50 GMT

可能會(huì)在適當(dāng)?shù)霓D(zhuǎn)譯跳點(diǎn)上表示為：

SF-Date: 1586423210

這為我們提供了一種方法，可以將所有通用消息頭和額外的元信息作為結(jié)構(gòu)化字段發(fā)送。

●立即使用結(jié)構(gòu)化字段●

結(jié)構(gòu)化字段規(guī)范正處于標(biāo)準(zhǔn)化的最后階段，這意味著它很快會(huì)成為一個(gè)RFC。目前我們已經(jīng)有多個(gè)實(shí)例，包括在Chrome中，許多新的安全頭(例如Fetch元數(shù)據(jù))都是結(jié)構(gòu)化的。 同時(shí)，可以通過(guò)具體實(shí)現(xiàn)來(lái)了解它們是如何工作的。例如，Python http_sfv庫(kù)允許從命令行解析它們。 如果你定義了新的消息頭（無(wú)論它們是針對(duì)整個(gè)的Web還是僅針對(duì)HTTP API）都可以在RFC發(fā)布后開(kāi)始使用結(jié)構(gòu)化字段。