【开发笔记 #1】Http/2.0了解

一 Http/2.0 特点

1.安全

基于HTTPS协议

2.高效

使用二进制分帧进行数据传输，低延迟，高吞吐量

3.兼容

2.0协议是在1.x的基础上升级而不是重写，1.x协议的语义、HTTP 方法、状态码、URI 及首部字段在2.0里是一样的

二 Http/2.0优化

0.概念

1）、帧（Frame）

帧是数据通信的最小单位，以二进制压缩格式存放内容。
包含：类型Type, 长度Length, 标记Flags, 流标识和Frame payload有效载荷。
来自不同数据流的帧可以交错发送，然后再根据每个帧头的数据流标识符重新组装。
详细介绍：HTTP/2 中的帧定义

2）、消息（Message）

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。

3）、流（Stream）

流是连接中的一个虚拟信道，可以承载双向消息传输，包含1条或者多条Message。每个流有唯一整数标识符。为了防止两端流ID冲突，客户端发起的流具有奇数ID，服务器端发起的流具有偶数ID。

特点：

• 1.双向性：同一个流内，可同时发送和接受数据。
• 2.有序性：流中被传输的数据就是二进制帧 。帧在流上的被发送与被接收都是按照顺序进行的。
• 3.并行性：流中的 二进制帧 都是被并行传输的，无需按顺序等待。但却不会引起数据混乱，因为每个帧都有顺序标号。它们最终会被按照顺序标号来合并。
• 4.流的创建：流可以被客户端或服务器单方面建立, 使用或共享。
• 5.流的关闭：流也可以被任意一方关闭。

4）、流标识

流标识是描述二进制Frame的格式，使得每个Frame能够基于HTTP/2发送，与流标识联系的是一个流，每个流是一个逻辑联系，一个独立的双向的Frame存在于客户端和服务器端之间的HTTP/2连接中。一个HTTP/2连接上可包含多个并发打开的流，这个并发流的数量能够由客户端设置。
总结

• 帧是流中的数据单位；
• 消息由一个或多个帧组成；
• 消息的header帧可以分成多个header帧，data帧可以分成多个data帧。

5）、Connection连接

1个TCP 连接，包含1个或者多个Stream。所有通信都在一个TCP连接上完成，此连接可以承载任意数量的双向数据流。

1.二进制分帧（Binary Format）

将传输信息分为两个帧，分别是Headers帧和Data帧。
在二进制分帧层上， HTTP/2.0 会将所有传输的信息分割为更小的消息和帧,并对它们采用二进制格式的编码 ，其中HTTP/1.x的首部信息会被封装到Headers帧，而我们的request body则封装到Data帧里面。

HTTP/2.0 通信都在一个连接上完成，这个连接可以承载任意数量的双向数据流。相应地，每个数据流以消息的形式发送，而消息由一或多个帧组成，这些帧可以乱序发送，然后再根据每个帧首部的流标识符重新组装。

在二进制分帧层上，HTTP/2会将所有传输信息分割为更小的消息和帧，并对它们采用二进制格式的编码将其封装，新增的二进制分帧层同时也能够保证HTTP的各种动词，方法，首部都不受影响，兼容上一代HTTP标准。其中，HTTP/1.X中的首部信息header封装到Headers帧中，而request body将被封装到Data帧中。

2.多路复用 (Multiplexing) / 连接共享

在 HTTP/1.x 中，一次链接成功后，只要该链接还没断开，那么 client 端可以在这么一个链接中有序地发起多个请求，并以此获得每个请求对应的响应数据。但是浏览器客户端在同一时间，针对同一域名下的请求有一定数量的限制，超过限制数目的请求会被阻塞，一次请求与响应的交互必须要等待前面的请求交互完成，否则后面的只能等待，这个就是线头阻塞。要想实现多流并行，就要开启多个TCP连接。
HTTP/2.0新的分帧机制可以不依赖多个TCP连接去实现多流并行，而且多路复用允许同时通过单一的HTTP/2 连接发起多重的请求-响应消息，不会造成阻塞。

总结

• 1.同域名下所有通信都在单个连接上完成，同个域名只需要占用一个 TCP 连接，消除了因多个 TCP 连接而带来的延时和内存消耗；
• 2.单个连接可以承载任意数量的双向数据流，单个连接上可以并行交错的请求和响应，之间互不干扰；
• 3.数据流以消息的形式发送，而消息又由一个或多个帧组成，多个帧之间可以乱序发送，因为根据帧首部的流标识可以重新组装。

3.头部压缩（Header Compression）

1）、为什么要压缩

在 HTTP/1 中，HTTP 请求和响应都是由「状态行、请求 / 响应头部、消息主体」三部分组成。HTTP每一次通信都会携带一组头部，用于描述这次通信的的资源、浏览器属性、cookie等，HTTP/1.x每次请求都会携带大量冗余头信息，请求的大小变得越来越大，有时甚至会大于TCP窗口的初始大小，因为它们需要等待带着ACK的响应回来以后才能继续被发送。一般而言，消息主体都会经过 gzip 压缩，或者本身传输的就是压缩过后的二进制文件（例如图片、音频），但状态行和头部却没有经过任何压缩，直接以纯文本传输。

2）、压缩策略

• 1.HTTP/2在客户端和服务器端使用“首部表”来跟踪和存储之前发送的键－值对，对于相同的数据，不再通过每次请求和响应发送；
• 2.首部表在HTTP/2的连接存续期内始终存在，由客户端和服务器共同渐进地更新;如果请求中不包含首部(例如对同一资源的轮询请求)，那么，首部开销就是零字节，此时所有首部都自动使用之前请求发送的首部；
• 3.每个新的首部键－值对要么被追加到当前表的末尾，要么替换表中之前的值。

HTTP/2关注的是首部压缩（HPACK算法），而我们常用的gzip等是报文内容（body）的压缩

3）、压缩原理

用Header字段表里的索引代替实际的Header。

HTTP/2的HPACK算法使用一份索引表来定义常用的HTTP Header，把常用的 HTTP Header 存放在表里，请求的时候便只需要发送在表里的索引位置即可。

例如 :method=GET 使用索引值 2 表示，:path=/index.html 使用索引值 5 表示，如下图：

详细介绍HTTP/2 头部压缩技术介绍

4.请求优先级（Request Priorities）

把HTTP消息分为很多独立帧之后，就可以通过优化这些帧的交错和传输顺序进一步优化性能。
每个流都可以带有一个31比特的优先值

• 0 表示最高优先级
• -1（2的31次方） 表示最低优先级。

服务器可以根据流的优先级，控制资源分配（CPU、内存、带宽），而在响应数据准备好之后，优先将最高优先级的帧发送给客户端。高优先级的流都应该优先发送，但又不会绝对的，绝对地准守，可能又会引入首队阻塞的问题：高优先级的请求慢导致阻塞其他资源交付。

分配处理资源和客户端与服务器间的带宽，不同优先级的混合也是必须的。客户端会指定哪个流是最重要的，有一些依赖参数，这样一个流可以依赖另外一个流。优先级别可以在运行时动态改变，当用户滚动页面时，可以告诉浏览器哪个图像是最重要的，你也可以在一组流中进行优先筛选，能够突然抓住重点流。

• 优先级最高：主要的html
• 优先级高：CSS文件
• 优先级中：js文件
• 优先级低：图片

5.服务端推送（Server Push）

服务器可以对一个客户端请求发送多个响应，服务器向客户端推送资源无需客户端明确地请求，并且，服务端推送能把客户端所需要的资源伴随着index.html一起发送到客户端，省去了客户端重复请求的步骤。

正因为没有发起请求，建立连接等操作，所以静态资源通过服务端推送的方式可以极大地提升速度。Server Push 让 HTTP/1.x 时代使用内嵌资源的优化手段变得没有意义；如果一个请求是由你的主页发起的，服务器很可能会响应主页内容、logo 以及样式表，因为它知道客户端会用到这些东西，这相当于在一个 HTML 文档内集合了所有的资源。

不过与之相比，服务器推送还有一个很大的优势：可以缓存！也让在遵循同源的情况下，不同页面之间可以共享缓存资源成为可能。

三 Http/2.0性能瓶颈

启用HTTP/2.0后会给性能带来很大的提升，但同时也会带来新的性能瓶颈。因为现在所有的压力集中在底层一个TCP连接之上，TCP很可能就是下一个性能瓶颈，比如TCP分组的队首阻塞问题，单个TCP packet丢失导致整个连接阻塞，无法逃避，此时所有消息都会受到影响。未来，服务器端针对HTTP/2.0下的TCP配置优化至关重要。