HTTP----HTTP2.0新特性

前言

HTTP2.0大幅度的提升了web性能，在HTTP1.1徹底語意兼容的基礎上，進一步減小了網絡的延遲。實現低延遲高吞吐量。對於前端開發者而言，減小了優化工做。本文將重點圍繞如下幾點新特性的做用、工做過程以及如何更出色的完成了優化工做來介紹HTTP2.0

• 二進制分幀
• 首部壓縮
• 流量控制
• 多路複用
• 請求優先級
• 服務器推送

二進制分幀

在不改變HTTP1.x的語義、方法、狀態碼。URL以及首部字段的狀況下，HTTP2.0是怎樣突破HTTP1.1的性能限制，改進傳輸性能，實現低延遲高吞吐量的呢？關鍵之一就是在應用層（HTTP）和傳輸層（TCP）之間增長一個二進制分幀層。

在整理二進制分幀及其做用的時候咱們先來鋪墊一點關於幀的知識：

• 幀：HTTP2.0通訊的最小單位，全部幀都共享一個8字節的首部，其中包含幀的長度、類型、標誌、還有一個保留位，而且至少有標識出當前幀所屬的流的標識符，幀承載着特定類型的數據，如HTTP首部、負荷、等等。
• 消息：比幀大的通信單位，是指邏輯上的HTTP消息，好比請求、響應等。由一個或多個幀組成
• 流：比消息大的通信單位。是TCP鏈接中的一個虛擬通道，能夠承載雙向的消息。每一個流都有一個惟一的整數標識符

什麼是二進制分幀

在二進制分幀層上，HTTP2.0會將全部傳輸信息分割爲更小的消息和幀，並對它們採用二進制格式的編碼將其封裝。其中，HTTP1.X中的首部信息header封裝到Headers幀中，而request body將被封裝到Data幀中。

二進制分幀如何工做

HTTP2.0通訊都在一個TCP鏈接上完成，這個鏈接能夠承載任意數量的雙向數據流，相應的每一個數據流以消息的形式發送。而消息由一或多個幀組成，這些幀能夠亂序發送，而後根據每一個幀首部的流標識符從新組裝。

二進制分幀對性能優化工做的貢獻

二進制分幀主要是爲下文中的各類特性提供了基礎。它能把一個數據劃分封裝爲更小更便捷的數據。首先是在單連接多資源方式中，減小了服務端的連接壓力，內存佔用更少，連接吞吐量更大。這一點能夠結合下文中的多路複用來體會。另外一方面，因爲TCP連接的減小而使網絡擁塞狀態得以改善，同時慢啓動時間的減小。使擁塞和丟包恢復的速度更快。

首部壓縮

HTTP1.1並不支持HTTP首部壓縮，爲此SPDY和HTTP2.0出現了。SPDY是用的是DEFLATE算法，而HTTP2.0則使用了專門爲首部壓縮設計的HPACK算法。

什麼是首部壓縮

HTTP1.x每次通信（請求或響應）都會攜帶首部信息用於描述資源屬性。而HTTP2.0在客戶端和服務端之間使用首部表來跟蹤和存儲以前發送的鍵值對。請求與響應首部的定義在HTTP2.0中基本沒有變，只是全部首部鍵必須所有小寫，並且要求行要獨立爲:method:、:scheme:、:host:、:path:這些鍵值對

首部壓縮如何工做

對於相同的數據，再也不從新經過每次請求和響應發送。每一個新的首部鍵值對要麼追加到當前表的末尾，要麼替換表中以前的值。首部表在HTTP2.0的連接存續期內始終存在，由客戶端和服務端共同漸進的更新。

首部壓縮性能優化工做的貢獻

首部表在HTTP2.0使用了首部壓縮的技術。使報頭更緊湊，更快速傳輸，有利於移動網絡環境。減小每次通信的數據量，使網絡擁塞狀態得以改善。

流量控制

HTTP2.0爲數據流和鏈接的流量提供了一個簡單的機制：

• 流量基於HTTP連接的每一跳進行，而非端到端的控制
• 流量控制基於窗口更新幀進行，即接收方廣播本身準備接收某個數據流的多少字節，以及對整個連接要接收多少個字節。
• 流量控制有方向性，即接收方可能根據本身的狀況爲沒個流乃至整個連接設置任意窗口大小
• 流量控制能夠由接收方禁用，包括針對個別的流和針對整個連接。
• 幀的類型決定了流量控制是否適用於幀，目前只有DATA幀服從流量控制，全部其餘類型的幀並不會消耗流量控制窗口的空間。這保證了重要的控制幀不會被流量控制阻塞

多路複用

在HTTP1.1中，瀏覽器客戶端在同一時間，針對同一域名下的請求有必定數量的限制。超過限制數目的請求會被阻塞。而HTTP2.0中的多路複用優化了這一性能。

什麼是多路複用

基於二進制分幀層，HTTP2.0能夠在共享TCP連接的基礎上同時發送請求和響應。HTTP消息被分解爲獨立的幀，而不破壞消息自己的語義，交錯發出去，在另外一端根據流標識符和首部將他們從新組裝起來。

多路複用如何工做

咱們來經過與HTTP1.X的對比來看看他是如何工做的。

• HTTP1.x

  

• HTTP2.0

  

多路複用對性能優化工做的貢獻

1. 能夠並行交錯的發送請求和響應，這些請求和響應之間互不影響
2. 只使用一個連接便可並行發送多個請求和響應
3. 消除沒必要要的延遲，從而減小頁面加載的時間
4. 沒必要再爲繞過HTTP1.x限制而多作不少工做

請求優先級

把HTTP消息分爲不少獨立幀以後，就能夠經過優化這些幀的交錯和傳輸順序進一步優化性能。

什麼是請求優先級

每一個流均可以帶有一個31bit的優先值：0表示最高優先級；2的31次方-1表示最低優先級。

請求優先級如何工做

客戶端明確指定優先級，服務端能夠根據這個優先級做爲交互數據的依據，好比客戶端優先設置爲.css>.js>.jpg。服務端按此順序返回結果更加有利於高效利用底層鏈接，提升用戶體驗。然而，在使用請求優先級時應注意服務端是否支持請求優先級，是否會引發隊首阻塞問題，好比高優先級的慢響應請求會阻塞其餘資源的交互。

請求優先級對性能優化工做的貢獻

服務器能夠根據流的優先級控制資源分配（CPU、內存、寬帶），而在響應數據準備好以後，優先將最高優先級的幀發送給客戶端。瀏覽器能夠在發現資源時當即分派請求，指定每一個流的優先級，讓服務器決定最優的響應次序。這樣請求就不用排隊了，既節省了時間，又最大限度的利用了每一個鏈接。

服務器推送

HTTP2.0新增的一個強大的新功能，就是服務器能夠對一個客戶端請求發送多個響應。服務器向客戶端推送資源無需客戶端明確的請求。

什麼是服務器推送（HTTP2.0中）

服務端根據客戶端的請求，提早返回多個響應，推送額外的資源給客戶端。以下圖，客戶端請求stream 1(/page.html)。服務端在返回stream 1的消息的同時推送了stream 2(/script.js)和stream 4(/style.css)

服務器推送如何工做

• PUSH_PROMISE幀是服務端向客戶端有意推送資源的信號。
• PUSH_PROMISE幀中只包含預推送資源的首部。若是客戶端對PUSH_PROMISE幀沒有意見，服務端在PUSH_PROMISE幀後發送響應的DATA幀。若是客戶端已經緩存了該資源，不須要推送，能夠拒絕PUSH_PROMISE幀。
• PUSH-PROMISE必須遵循請求-響應原則，只能藉着對請求的響應推送資源。
• PUSH_PROMISE幀必須在返回響應以前發送，以避免客戶端出現競態條件（競態條件是指在多線程的狀況下不一樣的執行順序會致使計算機執行出不一樣的結果正確性不一樣）
• HTTP2.0鏈接後，客戶端與服務端交換SETTINGS幀，藉此限定雙向併發的最大數量。所以，客戶端能夠限定推送流的數量，或者經過把這個只設置爲0來徹底禁止服務器推送。
• 全部推送的資源都必須遵照同源策略。換句話說，服務器不能隨便將第三方資源推送給客戶端，而必須是通過雙方的確認才行。

服務器推送對性能優化工做的貢獻

服務端推送是一種在客戶端請求以前發送數據的機制。在HTTP2.0中，服務器能夠對一個客戶端的請求發送多個響應。若是一個請求是由你的主頁發送的，服務器可能會響應主頁內容、logo以及樣式表，由於他知道客戶端會用到這些東西。這樣不但減輕了數據傳送冗餘步驟，也加快了頁面響應的速度，提升了用戶體驗。