你了解 HTTP 2.0 吗？

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。

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。

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）：

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（link:https://httpwg.org/specs/rfc7541.html%23static.table.definition））：

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