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HTTP2.0 原理详解

2024-11-18 03:19:02   202人阅读

影响一个网络请求的因素主要有两个，带宽和延迟。今天的网络基础建设已经使得带宽得到极大的提升，大部分时候都是延迟在影响响应速度。

连接无法复用

连接无法复用会导致每次请求都经历三次握手和慢启动。三次握手在高延迟的场景下影响较明显，慢启动则对文件类大请求影响较大。

head of line blocking

head of line blocking会导致带宽无法被充分利用，以及后续健康请求被阻塞。

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HTTP1.0 -> HTTP1.1

不过pipelining并不是救世主，它也存在不少缺陷：

  • pipelining只能适用于http1.1，一般来说，支持http1.1的server都要求支持pipelining

  • 只有幂等的请求（GET，HEAD）能使用pipelining，非幂等请求比如POST不能使用，因为请求之间可能会存在先后依赖关系。

  • head of line blocking并没有完全得到解决，server的response还是要求依次返回，遵循FIFO(first in first out)原则。也就是说如果请求1的response没有回来，2，3，4，5的response也不会被送回来。

  • 绝大部分的http代理服务器不支持pipelining。

  • 和不支持pipelining的老服务器协商有问题。

  • 可能会导致新的Front of queue blocking问题。

HTTP2 VS HTTP1.1

多路复用

多路复用通过多个请求stream共享一个tcp连接的方式，解决了http1.x holb（head of line blocking）的问题，降低了延迟同时提高了带宽的利用率。

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压缩头部

HTTP/2.0规定了在客户端和服务器端会使用并且维护「首部表」来跟踪和存储之前发送的键值对，对于相同的头部，不必再通过请求发送，只需发送一次。

事实上,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。

如果首部发生变化了，那么只需要发送变化了数据在Headers帧里面，新增或修改的首部帧会被追加到“首部表”。首部表在 HTTP2.0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。

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二进制分帧

在应用层与传输层之间增加一个二进制分帧层，以此达到“在不改动HTTP的语义，HTTP 方法、状态码、URI及首部字段的情况下，突破HTTP1.1的性能限制，改进传输性能，实现低延迟和高吞吐量。”

在二进制分帧层上，HTTP2.0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HTTP1.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。

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客户端和服务器可以把HTTP消息分解为互不依赖的帧，然后乱序发送，最后再在另一端把它们重新组合起来。注意，同一链接上有多个不同方向的数据流在传输。客户端可以一边乱序发送stream，也可以一边接收者服务器的响应，而服务器那端同理。

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请求优先级

多路复用导致所有资源都是并行发送，那么就需要「优先级」的概念了，这样就可以对重要的文件进行先传输，加速页面的渲染。

服务器推送

服务器推送是指在客户端请求之前发送数据的机制。

另外有一点值得注意的是，客户端如果退出某个业务场景，出于流量或者其它因素需要取消server push，也可以通过发送RST_STREAM类型的frame来做到。

HTTP2 实践

这里使用 Node.js 作为服务器端语言。

1. 生成TLS证书

如果想要在生产环境中使用HTTP2，那么你可以去这里生成一个证书。

如果你仅仅开发环境使用，那么我们可以自己生成一个自签名的TSL证书。

  1. 安装OpenSSH

  2. 使用OpenSSH生成私钥

    openssl genrsa -des3 -passout pass:1234 -out server.pass.key 2048`

    这里 1234 为私钥密码，如果你不想使用密码，则可以去除私钥密码，敲入如下密令：

    openssl rsa -passin pass:x -in server.pass.key -out server.key

  3. 创建 证书签名请求
    这里使用无密码私钥，如果使用带密码私钥，只需将server.key更换为server.pass.key即可，密令如下

    openssl req -new -key server.key -out server.csr

  4. 创建证书

    openssl x509 -req -days 365 -in server.csr -signkey server.key -out server.crt

通过以上四个步骤，我们得到了三个文件

  1. server.key 你的TSL证书私钥

  2. server.csr 你的TSL证书签名请求

  3. server.crt 你的TSL证书

2. 使用Node.js 创建服务器

安装 node-http2 模块

npm install http2

创建服务器

var options = {
  key: fs.readFileSync(‘./server.key‘),
  cert: fs.readFileSync(‘./server.crt‘)
};

require(‘http2‘).createServer(options, function(request, response) {
  response.end(‘Hello world!‘);
}).listen(8080);

启动服务器

node index.js

使用浏览器访问

http://localhost:8080

到此，一个简单的Demo就完成了。

Demo源码下载

点击这里访问完整Demo

https://github.com/zhanyouwei...

测试结果对比

技术分享

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通过上面两张截图可以发现，使用了HTTP2后，同样的请求，在数据传输大小与速度上都有非常大的提升，几乎可以预见，不久的将来，HTTP2将会大放异彩。

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