HTTP/2主要通过以下方法减少延迟,改进页面的加载速度:
- HTTP Header的压缩,采用HPack算法。
- HTTP/2的Server Push。
- 请求的pipeline。
- 修复在HTTP 1.x的队头阻塞问题。
- 在单个TCP连接里多工复用请求。
HTTP/2 头部压缩(HPack)
使用HPack算法压缩HTTP/2的头部,下面简单介绍Hpack的工作原理:
简单说,HTTP头压缩需要在HTTP/2客户端和服务端之间:
- 维护一份相同的静态表(Static Table),包含常见的头部名称,和其键值对;
- 维护一份相同的动态表(Dynamic Table),可以动态地添加内容;
- 基于静态哈夫曼码表的哈夫曼编码(Huffman Coding);
比如,在HTTP头里,有些key:value是固定的:
:method: GET
:scheme: http
在编码时,它们直接用一个index编号代替,例如:method:GET是2,这些在一个静态表定义。静态表的定义如下,总共61个Header Name,点击URL https://tools.ietf.org/html/rfc7541#appendix-A查看所有静态表的定义。
列出定义的部分键值对:
Index | Header Name | Header Value |
---|---|---|
1 | :authority | |
2 | :method | GET |
3 | :method | POST |
4 | :path | / |
5 | :path | /index.html |
6 | :scheme | http |
7 | :scheme | https |
8 | :status | 200 |
... | ... | ... |
32 | cookie | |
... | ... | ... |
60 | via | |
61 | www-authenticate |
使用静态表、动态表、以及Huffman编码可以极大地提升压缩效果。对于静态表里的字段,原来需要N个字符表示的,现在只需要一个索引即可。对于静态、动态表中不存在的内容,还可以使用哈夫曼编码来减小体积。
HTTP/2的多路复用
HTTP/2定义了流(Stream)和帧(Frame)。基本协议单元变小了,从消息(Message)变成了帧;流作为一种虚拟的通道,用来传输帧。与创建TCP连接相比,创建流的成本几乎为零。基本协议单元的变小也大大提高了连接的利用效率。
HTTP 1.1 默认启用长TCP连接,但所有的请求-响应都是按序进行的(这里的长连接可理解成半双工协议。即便是HTTP 1.1引入了管道机制,也是如此)。复用同一个TCP连接期间,即便是通过管道同时发送了多个请求,服务端也是按请求的顺序依次给出响应的;而客户端在未收到之前所发出所有请求的响应之前,将会阻塞后面的请求(排队等待),这称为"队头堵塞"(Head-of-line blocking)。
HTTP/2复用TCP连接则不同,虽然依然遵循请求-响应模式,但客户端发送多个请求和服务端给出多个响应的顺序不受限制,这样既避免了"队头堵塞",又能更快获取响应。在复用同一个TCP连接时,服务器同时(或先后)收到了A、B两个请求,先回应A请求,但由于处理过程非常耗时,于是就发送A请求已经处理好的部分, 接着回应B请求,完成后,再发送A请求剩下的部分。HTTP/2长连接可以理解成全双工的协议。
一幅图了解上面的描述:
HTTP/2的Server Push
HTTP/2与HTTP/1最大的不同之处在于,前者在后者的基础上定义了流和帧,实现了多路复用。这是Server Push的基础。
在HTTP 1.1里,在同一个 TCP 连接里面,上一个回应(response)发送完了,服务器才能发送下一个,但在HTTP/2里,可以将多个回应一起发送。
无PUSH模式下图是PUSH模式,当请求一个HTML时,如果HTML里有CSS文件,server会一并推给client,而不像在HTTP 1.1下,还需要再发一个CSS的请求。
PUSH模式根据上图,从理论上PUSH模式下性能会好很多。
举个例子解释一下。下面是一个简单的HTML页面,假说是index.html 。
<html>
<head>
<link rel="stylesheet" href="style.css">
</head>
<body>
<p>This is a sample to illustrate how HTTP/2 works</p>
<img src="example.png">
</body>
</html>
这里有三个文件需要处理:该HTML页面、CSS文件style.css以及图片example.png。在HTTP 1.1里为了处理这三个文件,Client需要发三个请求给Server。
首先,发送一个请求index.html。
GET /index.html HTTP/1.1
Client解析该HTML文件,继而知道有2个style.css和example.png资源文件下载。
Client继续发送2个请求下载他们。
GET /style.css HTTP/1.1
GET /example.png HTTP/1.1
如果使用HTTP/2的Server Push特征,根据上面的PUSH模式图,我们可以看出,Server还没有收到Client的请求,就把各种资源推送给Client。
拿上面例子继续举例,当Client只请求index.html
,但是Server把index.html
、style.css
、example.png
全部发送给浏览器。这样只需要一轮 HTTP 通信,Client就得到了全部资源。
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