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面试官问:你了解HTTP2.0吗?

前言

作为一只前端开发🐶,HTTP是我们知识地图里面必不可少的一部分,也是面试必问知识点。HTTP2号称可以让我们的应用更快、更简单、更稳定,它完美解决了1.1版本的诸多问题,本文和大家一起聊聊HTTP2的改进点。

HTTP发展史

正式讲HTTP2之前我们先讲一下HTTP的发展史。

  • HTTP/0.9 - 单行协议
    HTTP于1990年问世,那时候HTTP非常简单:只支持GET方法;没有首部;只能获取纯文本。
  • HTTP/1.0 - 搭建协议的框架
    1996年,HTTP正式被作为标准公布,版本为HTTP/1.0。1.0版本增加了首部、状态码、权限、缓存、长连接(默认短连接)等规范,可以说搭建了协议的基本框架。
  • HTTP/1.1 - 进一步完善
    1997年,1.1版本接踵而至。1.1版本的重大改进在于默认长连接;强制客户端提供Host首部;管线化;Cache-Control、ETag等缓存的相关扩展。

目前存在的问题

现在我们先不聊HTTP2, 看一下HTTP发展到1.1存在有哪些问题:

  1. 线头阻塞:TCP连接上只能发送一个请求,前面的请求未完成前,后续的请求都在排队等待。
  2. 多个TCP连接
    虽然HTTP/1.1管线化可以支持请求并发,但是浏览器很难实现,chrome、firefox等都禁用了管线化。所以1.1版本请求并发依赖于多个TCP连接,建立TCP连接成本很高,还会存在慢启动的问题。
  3. 头部冗余,采用文本格式
    HTTP/1.X版本是采用文本格式,首部未压缩,而且每一个请求都会带上cookie、user-agent等完全相同的首部。
  4. 客户端需要主动请求

HTTP/2.0的时代来了

先来一个demo感受一下吊炸天的HTTP/2.0,这个demo是加载379张图片,来对比HTTP/1.1和HTTP/2.0的性能。 HTTP/1.1 与2.0 性能比较

理论上HTTP/2.0会比HTTP/1.1有一倍多的性能提升,弱网环境下,性能提升会更加明显。 下面两张图是我在设置网络在fast 3G 和slow 3G的性能对比。

是不是被HTTP/2.0的速度亮瞎了双眼?2333,接下来我们正式开始聊聊2.0。看看2.0 相比与1.1的一些重大改进。

二进制分帧层

HTTP2性能提升的核心就在于二进制分帧层。HTTP2是二进制协议,他采用二进制格式传输数据而不是1.x的文本格式。

看图吧!很清晰的表达了HTTP/1.1的响应和2.0的区别。1.1响应是文本格式,而2.0把响应划分成了两个帧,图中的HEADERS(首部)和DATA(消息负载) 是帧的类型。了解更多帧的类型也就是说一条HTTP响应,划分成了两个帧来传输,并且采用二进制来编码。

这里我们来提三个概念。

  • 流(Stream):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。
  • 消息(Message):一个完整的HTTP请求或响应,由一个或多个帧组成。特定消息的帧在同一个流上发送,这意味着一个HTTP请求或响应只能在一个流上发送。
  • 帧(Frame):通信的基本单位。
    一个TCP连接上可以有任意数量的流。

多路复用

上面提到HTTP/1.1的线头阻塞和多个TCP连接的问题,HTTP2的多路复用完美解决。HTTP2让所有的通信都在一个TCP连接上完成,真正实现了请求的并发。我们来看一下HTTP2具体是怎么实现的:

HTTP2建立一个TCP连接,一个连接上面可以有任意多个流(stream),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,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。 我们再来回看上面的那个demo:

打开控制台可以看到,HTTP/1.1的方式,后面的图片的加载时间主要耗时在stalled,stalled的意思是从TCP连接建立完成,到真正可以传输数据之间的时间差。这就是队头阻塞,前面的请求没有处理,后面的请求都在排队等待。

这里例子我们能很直观的看到就是多路复用起到的优化作用。因为HTTP2 实现了请求并发,后面的请求不用再等待,加载时长当然少了很多。截一张HTTP2的图片加载耗时详情来看看(要看比较靠后的请求):

咦??什么情况?我们发现后面的很多请求依旧有在排队哎,只是排队的时间相对1.1少了很多。一个TCP连接可以有任意数量的流,也就是同时可以并发任意数量的请求啊,为啥还会排队呢?原因就是请求太多时,浏览器或服务器会受不了,这超出了它的处理能力。流控制帮我们解决了这个问题,流控制会管理数据的传输,允许接收者停止或减少发送的数据量,免得接收方不堪重负。所以请求太多时,还是会存在排队等待的问题,因为不管是客户端或服务器端,能同时处理请求或响应都是有限的。

头部压缩

头部压缩也是HTTP2的一大亮点。在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
  • 通过静态Huffman编码对传输的首部字段进行编码

HTTP2的静态字典是长这个样子的(只截取了部分,完整表格在这里):

所以我们在传输首部字段的时候,例如要传输method:GET,那我们只需要传输静态字典里面method:GET对应的索引值就可以了,一个字节搞定。像user-agent、cookie这种静态字典里面只有首部名称而没有值的首部,第一次传输需要user-agent在静态字典中的索引以及他的值,值会采用静态Huffman编码来减小体积。

第一次传输过user-agent 之后呢,浏览器和服务器端就会把它添加到自己的动态字典中。后续传输就可以传输索引了,一个字节搞定。

我们用WireShark来抓包验证一下:
HTTP2目前都是HTTPS的请求,WireShark对HTTPS网站抓包解密请参考这里

  • 首次传输user-agent和第二次传输user-agent

由于第一次传输的时候,字典里面并没有user-agent的值,这时候user-agent是63字节,第二次传输时,他已经在动态字典里面了,只传索引,一个字节搞定。

  • HPACK的首部压缩力度

Header解码后的长度有471个字节,而HEADERS流只有246个字节。这只是第一个请求,后续的请求压缩力度会更大,因为前面请求用到的首部(静态字典中没有的)会添加到动态字典中,使得后续请求只需要传输字典里面的索引。

服务器端推送

服务器端推送使得服务器可以预测客户端需要的资源,主动推送到客户端。
例如:客户端请求index.html,服务器端能够额外推送script.js和style.css。 实现原理就是客户端发出页面请求时,服务器端能够分析这个页面所依赖的其他资源,主动推送到客户端的缓存,当客户端收到原始网页的请求时,它需要的资源已经位于缓存。

针对每一个希望发送的资源,服务器会发送一个PUSH_PROMISE帧,客户端可以通过发送RST_STREAM帧来拒绝推送(当资源已经位于缓存)。这一步的操作先于父响应(index.html),客户端了解到服务器端打算推送哪些资源,就不会再为这些资源创建重复请求。当客户端收到index.html的响应时,script.js和style.css已经位于缓存。

想要搭一个HTTP2服务器的话推荐node,很简单。链接

参考文章

结语

简单讲了HTTP2相比1.1版本的重要改进点,感受了一下h2的强大。还有一些流优先化等特性文中未涉及,感兴趣的可以在参考文章中看看。如有错误,恳请指正!

@Author:小夭yao爱吃糖糖糖

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