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浅谈:HTTP 2.0 的二进制帧、流、多路复用

作者:林冠宏 / 指尖下的幽灵

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超文本传输协议 HTTP 的 2.0 版本的协议在 2015 年的时候已经发布了。相比于前面的 HTTP 1.1 版本。它多出了下面三个主要的新特性。

  • 在建立连接后,可以多路复用
  • 在建立连接后,一次的请求与被响应,视为
  • 数据传输分为二进制帧片段

HTTP 2.0 对 HTTP 的延迟问题起到了可以说是一个巨大的优化。下面的链接是网上的一个直观网站,它展示了同样是 300 多张图片,分别在 HTTP 1.1 和 HTTP 2.0 协议下加载的耗时。HTTP 2.0 的速度差不多是 HTTP 1.1 的6倍。

演示


下面我们来直观地认识下它们。

首先是二进制帧

在 TCP 协议中,数据的传输单位是数据报。数据分成两大部分。头部(header) 和 实际数据部分(body)。

在 HTTP 2.0 中,它把数据报的两大部分分成了 header framedata frame。也就是头部帧和数据体帧。帧的传输最终在流中进行,流中的帧,头部(header)帧data 帧可以分为多个片段帧,例如data帧即是可以 data = data_1 + data_2 + ... + data_n

此外地,如果基于二进制帧整体来划分,除了报文的帧分类。还有其它一些辅助帧类型,例如评论中提到的:SETTINGS、PING、GOWAY、WINDOW_UPDATE等控制帧。

其次是

代表了一个完整的请求-响应数据交互过程。它具有如下几个特点:

  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。

下图来源于:https://blog.csdn.net/zqjflash/article/details/50179235 。它演示了流中的帧的有序性并行性 。例如数据报1data frame 就没有连着一起传输,而是分成了2个。

总结一下流和帧的关系

帧是流中的数据单位。一个数据报的header 帧可以分成多个 header 帧,data 帧可以分成多个data 帧。

多路复用

HTTP 2.0 的多路复用其实是 HTTP 1.1 中长链接的升级版本。

在 HTTP 1.1 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。它的缺点是,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。下面举个例子:

请求A 和 请求B。A 先被发起,此时 server 端接收到了 A 请求,正在处理。同时 B 请求也发过来了。但是 A 请求还没被返回,此时 B 请求只能等待。

在 HTTP 2.0 中,一次链接成功后,只要链接还没断开,那么 client 端就可以在一个链接中并发地发起多个请求,每个请求及该请求的响应不需要等待其他的请求,某个请求任务耗时严重,不会影响到其它连接的正常执行。

下面通过图来看看:

因为这上述这三个特性,让 HTTP 2.0 在数据的传输延迟上,起到了很大的优化作用。

那么,在我们的代码中,如何指定使用 HTTP 2.0 协议呢?

最简单的方法,代码中,使用网络请求,在构造请求参数的时候,在 http 请求头部指定 protocol 版本即可,例如下面例子:

http 1.1 的

GET /index HTTP/1.1  
Host: www.xxx.com 
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