題圖：by Charles Loyer
一、序
Hi，大家好，我是承香墨影！
HTTP 協議在網路知識中佔據了重要的地位，HTTP 協議最基礎的就是請求和響應的報文，而報文又是由報文頭（Header）和實體組成。大多數 HTTP 協議的使用方式，都是依賴設定不同的 HTTP 請求/響應 的 Header 來實現的。
本系列《實用 HTTP》就拋開常規的 Header 講解式的表述方式，從實際問題出發，來分析這些 HTTP 協議的使用方式，到底是為了解決什麼問題？同時講解它是如何設計的和它實現原理。
HTTP 協議是一種無狀態的“鬆散協議”，它不會記錄不同請求的狀態，並且因為它本身包含了兩端（客戶端和服務端），根據請求和響應來區分，它大部分的內容都只是一個建議，其實雙邊是可以不遵守此建議的。
“這裡寫了建議零售價 2 元...”
“哦，不接受建議！”
文字是本系列的第五篇，前四篇傳送門：
今天再來介紹一下 HTTP 的範圍請求。範圍請求主要是針對較大的檔案的請求或者上傳，可以僅操作它的某一段。
一個比較常見的場景，就是斷點續傳/下載，在網路情況不好的時候，可以在斷開連線以後，僅繼續獲取部分內容。例如在網上下載軟體，已經下載了 95% 了，此時網路斷了，如果不支援範圍請求，那就只有被迫重頭開始下載。但是如果有範圍請求的加持，就只需要下載最後 5% 的資源，避免重新下載。
另一個場景就是多執行緒下載，對大型檔案，開啟多個執行緒，每個執行緒下載其中的某一段，最後下載完成之後，在本地拼接成一個完整的檔案，可以更有效的利用資源。
這算是兩個比較常見的場景，接下來我們來看看範圍請求的 HTTP 協議支援的技術細節。
二、HTTP 的範圍請求
2.1 是否支援範圍請求
HTTP 本身是一種無狀態的“鬆散”協議，而在經歷了很多版本的迭代之後，只在 HTTP/1.1（RFC2616） 之上，才支援範圍請求。所以如果客戶端或者服務端兩端的某一端低於 HTTP/1.1，我們就不應該使用範圍請求的功能。
而在 HTTP/1.1 中，很明確的宣告瞭一個響應頭部 Access-Ranges 來標記是否支援範圍請求，它只有一個可選引數 bytes。
例如這裡給了一個 MP4 的響應頭，可以看到它是有 Accept-Ranges:bytes 來標記的，有此標記標識當前資源支援範圍請求。
2.2 使用範圍請求
如果已經確定雙端都支援範圍請求，我們就可以在請求資源的時候使用它。
所有的檔案最終都是儲存在磁碟或者記憶體中的位元組，對於待操作的檔案可以將其以位元組為單位分割。這樣只需要 HTTP 支援請求該檔案從 n 到 n+x 這個範圍內的資源，就可以實現範圍請求了。
HTTP/1.1 中定義了一個 Ranges 的請求頭，來指定請求實體的範圍。它的範圍取值是在 0 - Content-Length 之間，使用 - 分割。。
例如已經下載了 1000 bytes 的資源內容，想接著繼續下載之後的資源內容，只要在 HTTP 請求頭部，增加 Ranges:bytes=1000- 就可以了。
Range 還有幾種不同的方式來限定範圍，可以根據需要靈活定製：
1. 500-1000：指定開始和結束的範圍，一般用於多執行緒下載。
2. 500- ：指定開始區間，一直傳遞到結束。這個就比較適用於斷點續傳、或者線上播放等等。
3. -500：無開始區間，只意思是需要最後 500 bytes 的內容實體。
4. 100-300,1000-3000：指定多個範圍，這種方式使用的場景很少，瞭解一下就好了。
HTTP 協議是一種雙邊協商的協議，既然請求頭部已經確定是使用 Ranges 了，還有響應頭部中，也需要使用 Content-Ragne 這個響應頭來標記響應的實體內容範圍。
Content-Range 的格式也很清晰，首先標記它的單位是 bytes 然後標記當前傳遞的內容實體範圍和總長度。
Content-Range: bytes 100-999/1000
複製程式碼在這個例子中，會傳遞 100 ~ 999 範圍的內容實體，而該資原始檔的總大小是 1000 bytes。並且此時的 HTTP 響應狀態碼為 206 Partial Content 。
HTTP 206 Partial Content 成功狀態響應程式碼表示請求已成功，並且主體包含所請求的資料區間，該資料區間是在請求的
Range首部指定的。有關 206 狀態碼的解釋可以參考：https://developer.mozilla.org/zh-CN/docs/Web/HTTP/Status/206
所以一個正常的流程應該如下圖所示：
注意這裡的每個 HTTP 事務中的響應頭裡，都是會包含 Content-Length 的，只是它包含的是當前範圍請求響應的內容實體長度，而非此資源完整的長度。
到這裡基本上算是講清楚 HTTP 範圍請求的正確流程了，接下來看看一些特殊的情況。
2.3 資源變化
當我們在一些下載工具中，下載大尺寸資源的時候，偶爾中間暫停過再重新下載，可能會遇見它又重頭開始下載的情況。
這看似是 HTTP 的範圍請求失效了，但是實際上並不一定如此，很可能是因為請求的資源，在請求的這個過程中，發生了改變。
假如你下載的過程中，下載的源資原始檔發生了變化，但是 URL 沒有改變，此時檔案長度可能已經變化了（這是非常容易發現的），極端情況下就算沒有長度沒有變化，你再繼續下載，很可能最終下載完成之後，無法將下載的內容拼接成我們需要的檔案。
如果我們需要從伺服器上下載某個資源，一定要預防此資源可能發生的變動。在之前講 HTTP 快取的時候講到，在 HTTP 協議中，可以通過 ETag 或者 Last-Modified 來標識當前資源是否變化。
- ETag：當前檔案的一個驗證令牌指紋，用於標識檔案的唯一性。
- Last-Modified：標記當前檔案最後被修改的時間。
在 HTTP 的範圍請求中，也可以使用這兩個欄位來區分分段請求的資源，是否有修改過，只需要在請求頭中，將它放在 If-Range 這個請求報文頭中即可。If-Range 使用 ETag 或者 Last-Modified 兩個引數任意一個，原樣填入即可。
此時，如果兩次操作的都是同一個資原始檔，就會繼續返回 206 狀態碼，開始後續的操作，反之則會返回 200 狀態碼，表示檔案發生改變，要從頭下載。
需要注意的是 If-Range 需要和 Range 配合起來使用，否則會被服務端忽略。
再額外提一點，如果客戶端請求報文頭中，對 Range 填入的範圍錯誤，會返回 416 狀態碼。
HTTP 416 Range Not Satisfiable 錯誤狀態碼意味著伺服器無法處理所請求的資料區間。最常見的情況是所請求的資料區間不在檔案範圍之內，也就是說，
Range首部的值，雖然從語法上來說是沒問題的，但是從語義上來說卻沒有意義。有關 416 狀態碼，可以參考：https://developer.mozilla.org/zh-CN/docs/Web/HTTP/Status/416
三、範圍請求的例子
3.1 用 Chrome 播放一個適配
前面介紹的概念，很多技術點其實描述的都是某一個請求片段，接下來我們以一個實際的例子來說明範圍請求的具體細節。
在這個例子中，我找了一個視訊的播放地址，直接在 Chrome 中進行播放。正常播放之後，再隨手拖動視訊進度，之後無操作讓其自動播放一段時間，來看看 HTTP 的事務報文。
簡單描述一下情況，自然播放的時候，會首先想資源的 URL 傳送請求，返回 200 的響應碼，可以判斷出當前資源支援 Accept-Ranges，接下來會去使用 Range 傳送範圍請求，得到的響應碼就是 206，並返回對應範圍的實體內容。而在每次拖動進度的時候，都會去重新傳送一個範圍請求，依照拖動的進度來計算請求範圍。此處不存在資源被修改的情況，所以不會出現重新請求下載的情況。
就不一個一個對 HTTP 事務截圖了，大概抽象了一下流程，如下圖所示：
可以看到，一次資源下載其實包含了很多次的請求過程，我們需要站在全域性的角度來看到它。
四、範圍請求小結
到這裡我們就已經把 HTTP 範圍請求的整個流程都說明清楚了。
再重新整理一下關鍵點：
1. HTTP 範圍請求，需要 HTTP/1.1 及之上支援，如果雙端某一段低於此版本，則認為不支援。
2. 通過響應頭中的 Accept-Ranges 來確定是否支援範圍請求。
3. 通過在請求頭中新增 Range 這個請求頭，來指定請求的內容實體的位元組範圍。
4. 在響應頭中，通過 Content-Range 來標識當前返回的內容實體範圍，並使用 Content-Length 來標識當前返回的內容實體範圍長度。
5. 在請求過程中，可以通過 If-Range 來區分資原始檔是否變動，它的值來自 ETag 或者 Last-Modifled。如果資原始檔有改動，會重新走下載流程。
再配一張流程圖，就更清晰了。
到此 HTTP 範圍請求的所有關鍵技術點，就已經講解清楚。範圍請求被用在諸如：斷點續傳、多執行緒下載等場景下，大部分 CDN 上的資源都是支援範圍請求的，具體你能在什麼場景下應用，就看你的想象力了。
還有什麼更多的想法，歡迎留言討論。
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