HTTP/2：HTTP/1.1你该进步了

摘要

1. 兼容HTTP1.1
2. 头部压缩
3. 二进制帧
4. 并发传输
5. 服务器主动推送资源
6. HTTP2的队头阻塞问题

兼容HTTP1.1

HTTP2的优点我们后面会一一列出，但是一个新的东西的升级必须要做到向前兼容才能快速推广，因为只有这样才能减少对用户的影响。

HTTP2对HTTP1.1的兼容体现在哪些方面

• 协议名依然使用http，加密的依然使用https，浏览器和服务器只需要在幕后自动升级协议，用户并不会感知到协议的变化。
• HTTP2下层协议依旧是TCP，但把HTTP分成了语法和语义两个部分，语义层不做改动（比如请求方法、状态码等都保持不变）

头部压缩

HTTP1.1只能对请求体无法压缩，但HTTP2除了对请求体进行压缩还可以对Heder进行压缩。

HTTP2 Header的压缩方式

HPACK算法，HPACK算法主要包含三个部分：

• 静态字典
• 动态字典
• Huffman编码

客户端和服务端会建立维护好静态字典和动态字典，用长度较小的索引号表示重复的字符串，另外一些不固定的变化的value需要通过Huffman进行编码。

静态字典

HTTP2为Head中高频出现的字符串和字段建立了一张静态表，静态表中一共维护了61项，主要包含三项内容：

• Index：表示索引
• Header Name：表示字段的名称
• Header Value：表示索引对应的value

为什么有些Header Value不存在？

有些Head Value不是固定的，这些value需要经过Huffman压缩后在进行发送。

Head的格式

如果Head字段属于静态字典，那么Head的固定格式如下：

• 第一个字节：前两位固定位01，剩余的位用来标识静态表中的Index
• 第二个字节：首位用来表示是否使用Huffman编码压缩算法，剩余的7位标识value的长度，首位为1表示使用Huffman
• 剩余的位数：value经过Huffman编码的数据

静态字典表和Huffman编码点击此处

动态表编码

静态表只包含61组数据，不在静态表的头部字符串就需要自行构建动态表，动态表的index从62开始。

使用动态表的前提是必须在同一个连接上，重复传输完全相同的HTTP头部。

动态表编码的缺点

随着HTTP2连接上发送的报文越来越多，动态表里面的数据也会越来越多，会吃掉越来越多的服务器内存资源，因此一般web服务器都会有参数用于限制一个连接上能够传输的请求数量，避免动态表无限增大，请求数量达到限制后会关闭HTTP2连接来释放内存。

HTTP2的头部压缩是通过「静态表 + 动态表 + Huffman编码」一起来实现。

二进制帧

HTTP2相比于HTTP1.1使用了二进制进行数据传输，提高了HTTP的传输效率，同时也方便了使用位运算对HTTP数据进行解析。

HTTP2把报文整体划分为两个帧，分别是Headers Frame和DATA Frame。

HTTP2帧结构

HTT2帧结构大体划分为两部分：

• 9个字节的帧头
• 帧数据

HTTP2的帧头主要由以下几部分：

• Length：帧数据的长度
• Type：帧类型
• Flag：标志位，用于携带简单的控制信息
• R：保留位
• Stream Identifier：流标识符，用来标识该帧属于哪个Stream，接收方可以根据流标识符从乱序的帧中找到找到具有相同Stream ID的帧，然后进行组装
• Frame Payload：帧数据，存放的是HTTP头部和包体

HTTP2帧类型

HTTP2的帧类型大体分为两种：

• 数据帧
• 控制帧

并发传输

HTTP2的并发传输基于Stream实现的。

为什么需要并发传输？

HTTP1.1中同一个连接中，只有上一个请求和响应被处理后，才能继续处理下一个，也就是如果客户端发送的请求，服务端一直没有响应，客户端无法继续下一个请求，从而导致队头阻塞。

HTTP2如何实现并发传输？

HTTP2通过多个Stream复用一条TCP连接，达到并发效果。

• 1个TCP连接包含一个或多个Stream
• Stream里面可以包含1个或多个Message，Message对应HTTP1.1的请求或响应，由HTTP的头部和包体组成
• Message里包含一个多个帧，帧是HTTP2的最小单位

不同Stream的帧是可以乱序发送的，接收方通过帧上的StreamId来区分该帧是由哪个Stream发送。

Stream ID的生成规则

客户端和服务器都可以建立Stream，客户端建立的Stream必须是奇数号，服务器建立的Stream必须是偶数号。

同一个连接中的Stream ID不能复用，必须严格顺序递增，如果StreamID消耗完，会发送一个GOAWAY控制帧关闭TCP连接。

HTTP2并发传输的优点

HTTP2在实现并发时，下层的TCP连接都是同一个，因此避免了TCP握手、慢启动以及TLS的握手过程，减少了耗时。

服务器主动推送资源

如何实现推送

服务器在主动推送资源时，会通过PUSH_PROMISE控制帧传输HTTP头部，并通过帧中的Promise Stream Id字段告知客户端接下来会在哪个Stream中发送包体。

HTTP2的队头阻塞问题

HTTP2虽然在应用层解决了队头阻塞问题，但由于下层还是使用一个TCP连接，所以HTTP2的队头阻塞问题存在于传输层。

HTTP2是基于TCP协议来传输数据的，TCP是字节流协议，TCP层必须保证收到的字节数据是完整且连续的，这样内核才会将缓冲区里的数据返回给HTTP应用，那么当前字节数据没有到达时，后收到的字节数据只能存放在内核缓冲区里，只有等到当前字节数据到达时，HTTP2应用层才能从内核中拿到数据，因此假设传输层不稳定，也会导致响应变慢队头阻塞。