浅析HTTP/2的一些新特性

最新推荐文章于 2023-06-01 18:25:03 发布

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本文链接：https://blog.youkuaiyun.com/qq_29187355/article/details/91507146

本文深入探讨HTTP/2协议的三大新特性：首部压缩通过HPACK实现高效传输；二进制分帧层将数据切分为帧并进行有序、双向传输；多路复用允许在同一连接上并行处理多个请求，显著提高了网络效率。此外，Server Push技术使服务端能预推送客户端可能需要的资源。

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1.首部压缩

1.X版本中，首部用文本格式传输，通常会给每个传输增加500-800字节的开销。现在打开一个网页上百个请求已是常态，而每个请求带的一些首部字段都是相同的，例如cookie、user-agent等。HTTP2为此采用HPACK压缩格式来压缩首部。头部压缩需要在浏览器和服务器端之间：

维护一份相同的静态字典，包含常见的头部名称，以及常见的头部名称和值的组合
维护一份相同的动态字典，可以动态的添加内容
支持基于静态哈夫曼码表的哈夫曼编码（Huffman Coding）

首部压缩.png

HTTP2静态字典的一部分如下：

静态字典.png

静态字典的作用有两个：

1）对于完全匹配的头部键值对，例如 :method: GET，可以直接使用一个字符表示；

2）对于头部名称可以匹配的键值对，例如 cookie: xxxxxxx，可以将名称使用一个字符表示。

比方说我们要传:method: GET，可以直接传一个字符2。同时，浏览器可以告知服务端，将 cookie: xxxxxxx 添加到动态字典中，这样后续整个键值对就可以使用一个字符表示了。类似的，服务端也可以更新对方的动态字典。需要注意的是，动态字典上下文有关，需要为每个 HTTP/2 连接维护不同的字典。

使用字典可以极大地提升压缩效果，其中静态字典在首次请求中就可以使用。对于静态、动态字典中不存在的内容，还可以使用哈夫曼编码来减小体积。

2.二进制分帧层

帧：HTTP/2数据通信的最小单位。

消息：指HTTP/2中逻辑上的HTTP消息。例如请求和响应等，消息由一个或多个帧组成。

流：已建立的TCP连接上的双向字节流，可以承载一个或多个消息，每个流都有一个唯一的整数ID。一个流代表一次完整的请求-响应过程。

流具有有序性和双向性

有序性：帧（frames）在流上的发送顺序很重要. 接收方将按照他们的接收顺序处理这些frame. 特别是HEADERS和DATA frame的顺序, 在协议的语义上显得尤为重要.
双向性：同一个流内，可同时发送和接受数据；

HTTP/2在其应用层(HTTP/2)与传输层(tcp/udp)之间加了一个二进制分帧层

在二进制分帧层 HTTP2会将所有的传输信息分割为更小的消息和帧，并对他们采用二进制的编码。

3.多路复用

HTTP协议的初始版本中，每进行一次HTTP通信就要断开一次TCP连接。

我们知道，现在打开一个网站，需要发送几百个请求都是常有的事，如果每一个请求都要经历一次建立TCP连接-断开TCP连接，那么通信量会非常大。

在HTTP/1.1 和一部分的HTTP/1.0提出了持久连接的方法（Keep-Alive）。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。这样，只需要建立一次TCP连接，就可以进行多次请求-响应的交互。

但是Keep-Alive还是存在很多问题

1）串行的文件传输。当请求a文件时，b文件只能等待，等待a连接到服务器、服务器处理文件、服务器返回文件，这三个步骤。我们假设这三步用时都是1秒，那么a文件用时为3秒，b文件传输完成用时为6秒，依此类推。（注：此项计算有一个前提条件，就是浏览器和服务器是单通道传输）

2）连接数过多。我们假设Apache设置了最大并发数为300，因为浏览器限制，浏览器发起的最大请求数为6，也就是服务器能承载的最高并发为50，当第51个人访问时，就需要等待前面某个请求处理完成。

为了解决这些问题，HTTP/2提出了多路复用

1）HTTP/1.x中数据传输是文本格式，所有数据都必须按顺序传输，不能并行传输。但在HTTP/2中，由于二进制分帧层的存在，可以进行并行传输。HTTP2建立一个TCP连接，一个连接上面可以有任意多个流，消息分割成一个或多个帧在流里面传输。帧传输过去以后，再进行重组（帧对数据进行顺序标识），形成一个完整的请求或响应。这使得所有的请求或响应都无法阻塞。

2）HTTP/2对同一域名下所有请求都是基于流，也就是说同一域名不管访问多少文件，也只建立一路连接。同样Apache的最大连接数为300，因为有了这个新特性，最大的并发就可以提升到300，比原来提升了6倍！

总结一下HTTP/2多路复用

a.同域名下的所有通信都在单个连接上完成。（不管多少个文件）

b.单个连接可以承载任意数量的双向数据流。

c.数据流以消息的形式发送，消息由一个或多个帧组成，多个帧可以乱序发送然后再重组。

以前我们做的性能优化不适用于HTTP/2了

JS文件的合并。我们现在优化的一个主要方向就是尽量的减少HTTP的请求数，对我们工程中的代码，研发时分模块开发，上线时我们会把所有的代码进行压缩合并，合并成一个文件，这样不管多少模块，都请求一个文件，减少了HTTP的请求数。但是这样做有一个非常严重的问题：文件的缓存。当我们有100个模块时，有一个模块改了东西，按照之前的方式，整个文件浏览器都需要重新下载，不能被缓存。现在我们有了HTTP/2了，模块就可以单独的压缩上线，而不影响其他没有修改的模块。
多域名提高浏览器的下载速度。之前我们有一个优化就是把css文件和js文件放到2个域名下面，这样浏览器就可以对这两个类型的文件进行同时下载，避免了浏览器6个通道的限制，这样做的缺点也是明显的，1.DNS的解析时间会变长。2.增加了服务器的压力。有了HTTP/2之后，根据上面讲的原理，我们就不用这么搞了，成本会更低。