HTTP/2学习笔记
原创
前言
HTTP 协议（Hyper Text Transfer Protocol）和 TCP/IP 协议族内的其他协议相同，用于客户端和服务器之间的通信。从1997年发布了HTTP1.1直到2015年，HTTP1.1都是主流的版本，但是随着网络的发展HTTP1.1的一些局限性逐渐暴露出来：队首阻塞问题、首部没有压缩增加延迟以及数据非强制压缩等。2009年，Google开发了SPDY协议，用于增强HTTP协议，该协议得到了多数浏览器厂商的支持。 2015年IEFT通过对SPDY协议标准化推出了HTTP/2，其主要目标是改进传输性能，实现低延迟和高吞吐量，并且与 HTTP 1.1 完全语义兼容。
HTTP发展史
HTTP/2主要有一下几个新特性：- 二进制分帧
- 请求优先级
- 多路复用
- 流量控制
- 首部压缩
- 服务器推送
二进制分帧
HTTP/2 所有性能增强的核心，就是引入了二进制分帧层，之前HTTP 1.x在应用层以纯文本的形式进行通信，以换行符作为分割。HTTP/2为了更方便进行一些性能优化，将所有的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编码。
二进制分帧
帧、消息和流
HTTP/2引入了几个新概念：- 帧 HTTP/2通信的最小单位，包括帧首部、流标识符、优先值和帧净荷等
- 消息 消息是指逻辑上的HTTP消息（请求/响应）。一系列数据帧组成了一个完整的消息。比如一系列DATA帧和一个HEADERS帧组成了请求消息
- 流 流是连接中的一个虚拟信道，可以承载双向消息传输。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。每个流都可以带有一个31 比特的优先值，服务器可以根据流的优先级，控制资源分配
三者的关系是：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。每个数据流都有一个唯一的标识符和可选的优先级信息，用于承载双向消息。每条消息都是一条逻辑 HTTP 消息（例如请求或响应），包含一个或多个帧。
帧、消息和流关系
帧类型
根据帧的作用可以将帧分为以下几个类型：- DATA：用于传输HTTP消息体；
- HEADERS：用于传输首部字段；
- SETTINGS：用于约定客户端和服务端的配置数据。比如设置初识的双向流量控制窗口大小；
- WINDOW_UPDATE：用于调整个别流或个别连接的流量
- PRIORITY： 用于指定或重新指定引用资源的优先级。
- RST_STREAM： 用于通知流的非正常终止。
- PUSH_ PROMISE： 服务端推送许可。
- PING： 用于计算往返时间，执行“ 活性” 检活。
- GOAWAY： 用于通知对端停止在当前连接中创建流。
帧格式
0 1 2 3
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
| R | Length (14) | Type (8) | Flags (8) |
+-+-+-----------+---------------+-------------------------------+
|R| Stream Identifier (31) |
+=+=============================================================+
| Frame Payload (0...) ...
+---------------------------------------------------------------+- R : 保留的2位字段。这些字节的语义是未定义的，并且在发送的时候必须保持未设置(0)，接收的时候必须被忽略此字段。
- Length : 14位无符号整数的帧主体长度。8字节长度的帧报头信息不计算在此内，主体最大可能长度为2^14-1(16383)字节，整个帧(包括首部)的最大长度是最大的帧长度是16391字节。
- Type ： 帧的8位类型。帧类型定义了剩余的帧报头和帧主体将如何被解释。具体实现必须在收到未知帧类型(任何未在文档中定义的帧)时作为连接错误中的类型协议错误(PROTOCOL_ERROR)处理。
- Flags ： 为帧类型保留的8字节字段有具体的布尔标识。 标识针对确定的帧类型赋予特定的语义。确定帧类型定义语义以外的标示必须被忽略，并且必须在发送的时候保留未设置(0)。
- R : 1位的保留字段。这个字段的语义未设置并且必须在发送的时候保持未设置(0)，在接受的时候必须被忽略。
- Stream Identifier : 31字节的流标识符，唯一标识HTTP/2的流。0是保留的，标明帧是与连接相关作为一个整体而不是一个单独的流。
请求优先级
HTTP/2中每个数据流都可以有一个关联的权重和依赖关系（根据帧类型为PRIORITY标识），这个可以标识资源优先级，服务器可以根据这个决定资源分配（不是强制），可以向每个数据流分配一个介于 1 至 256 之间的整数作为权重。每个数据流与其他数据流之间可以存在显式依赖关系，依赖关系通过将另一个数据流的唯一标识符作为父项引用进行声明；如果忽略标识符，相应数据流将依赖于“根数据流”。声明数据流依赖关系指出，应尽可能先向父数据流分配资源，然后再向其依赖项分配资源。
权重和依赖关系
上图中流A和B没有依赖关系，权重分别为12和4，则A和B获取资源的比例为3/4、1/4；C依赖于D，则D需要等待C后分配资源。
多路复用
在 HTTP/1.x 中，如果客户端要想发起多个并行请求以提升性能，则必须使用多个 TCP 连接，HTTP2.0 基于二进制分帧层，可以在共享TCP连接的基础上，交错并行的发送请求和响应，互不影响，解决了 HTTP/1.x 中存在的队首阻塞问题，也消除了并行处理和发送请求及响应时对多个连接的依赖。
多路复用
流控制
流控制是一种阻止发送方向接收方发送大量数据的机制，以免超出后者的需求或处理能力- 具有方向性
- 基于信用
- 无法停止
- 逐越点控制
首部压缩
在 HTTP/1.x 中，此元数据始终以纯文本形式，通常会给每个传输增加 500–800 字节的开销。如果使用 HTTP Cookie，增加的开销有时会达到上千字节。HTTP/2 使用 HPACK 压缩格式压缩请求和响应头部，HPACK 压缩上下文包含一个静态表和一个动态表：静态字典在规范中定义，并提供了一个包含所有连接都可能使用的常用 HTTP 标头字段（例如，有效标头名称）的列表；动态字典最初为空，将根据在特定连接内交换的值进行更新（Huffman Coding：用较少的字节表示较多的数据）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。
字典
服务器推送
所有服务器推送数据流都由 PUSH_PROMISE 帧发起，表明了服务器向客户端推送所述资源的意图，并且需要先于请求推送资源的响应数据传输。推送资源可以：由客户端缓存、在不同页面之间重用、与其他资源一起复用、由服务器设定优先级以及被客户端拒绝。
服务器推送
浏览器对HTTP/2的支持
下图是Akamai公司建立的一个官方演示，用来说明HTTP2.0相比HTTP1.1在性能上的提升，同时请求379张图片，根据Load time可以看出HTTP2在性能上的优势。
性能比较
HTTP/2的支持情况如下图，可以看到大多数浏览器支持了HTTP/2
HTTP/2支持
原创声明：本文系作者授权腾讯云开发者社区发表，未经许可，不得转载。
如有侵权，请联系 cloudcommunity@tencent.com 删除。
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