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HTTP 2

在 HTTP/1.x 中, 每次请求都会建立一次 HTTP 连接:

  • 串行的文件传输. 当请求 a 文件时, b 文件只能等待.
  • 连接数过多.

HTTP/2 的多路复用就是为了解决上述的两个性能问题. 在 HTTP/2 中, 有两个非常重要的概念, 分别是帧 (frame) 和流 (stream). 帧代表着最小的数据单位, 每个帧会标识出该帧属于哪个流, 流也就是多个帧组成的数据流. 多路复用, 就是在一个 TCP 连接中可以存在多条流, 避免队头阻塞问题和连接数过多问题.

HTTP 2.0 Binary Frame

HTTP 2.0 Stream

HTTP/2 = HTTP + HPack / Stream + TLS 1.2+ + TCP:

  • HTTP 2.0 的主要目标是改进传输性能, 实现低延迟和高吞吐量.
  • 二进制传输 (乱序二进制帧 Stream): HTTP/1.1 不是二进制传输, 而是通过文本进行传输. 由于没有流的概念, 在并行传输数据时, 接收端无法区分多个响应分别对应的请求, 无法将多个响应的结果重新进行组装, 无法实现多路复用.
  • Multiplexing (多路复用): more parallelized requests.
  • Header compression (HPack): 降低协议字节开销占比 (尤其是 Cookie 带来的性能瓶颈).
  • 双向流量控制 (WINDOW_UPDATE 帧更新).
  • Server push:
    • 客户端可以缓存推送过来的资源.
    • 客户端可以拒绝推送过来的资源.
    • 推送资源可以由不同的页面共享.
    • 服务器可以按照优先级推送资源.
  • HTTPS guaranteed: 事实加密 (Chrome/Firefox 只支持 HTTP/2 over TLS 1.2+).
Cons

HTTP/2 虽然通过多路复用解决了 HTTP 层的队头阻塞, 但仍然存在 TCP 层的队头阻塞 (Head-of-line Blocking):

  • 由于 TCP 不支持乱序确认, 当没有收到队头 (滑动窗口最左端) 的 ACK 确认报文时, 发送窗口无法往前移动, 此时发送方将无法继续发送后面的数据, 产生发送窗口的队头阻塞问题.
  • 同样地, 当接收窗口接收有序数据时, 当没有收到队头 (滑动窗口最左端) 的数据时, 接收窗口无法往前移动, 此时接收方将直接丢弃所有滑动窗口右侧的数据, 产生接收窗口的队头阻塞问题.

QUIC (基于 UDP 的可靠协议) 给每一个 Stream 都分配了一个独立的滑动窗口, 使得一个连接上的多个 Stream 之间没有依赖关系, 拥有相互独立各自控制的滑动窗口.

Optimization​

HTTP 2 performance:

  • Reducing HTTP requests:
    • 重用 TCP 连接.
    • 多路复用.
    • 减少传输冗余资源.
  • Caching and reducing DNS lookups:
    • Remove too much domains.
    • HTML5 DNS prefetch.
  • Avoid HTTP redirects.
  • CDN: minimize RTT.
  • Web caches.
  • Resources minification.

Due to asset granularity and caching effectiveness:

  • No need for 域名分区 (no need for multiple HTTP connection).
  • No need for CSS/Image sprites.
  • Less need for resources bundling and inlining.

HTTP 3​

HTTP/3 = HTTP + QPack / Stream + QUIC / TLS 1.3+ + UDP:

  • QUIC 实现快速握手, 解决多次握手高延迟问题:
    • Establishing connection in HTTP/2 requires 3 RTT.
    • Establishing connection in HTTP/3 only requires 2 RTT.
  • QUIC 协议保证传输可靠: packet loss handling.
  • QUIC 给每个请求流 (Stream ID) 都分配一个独立的滑动窗口, 同时进行队头压缩, 实现传输层无队头阻塞的多路复用, 解决队头 (数据重传) 阻塞 (后续数据) 问题:
    • Stream prioritization.
    • Header compression.
  • QUIC 集成 TLS 加密.
  • HTTP/3 brings tunable congestion control and connection migration.

For a new domain, browser connects using H/1 or H/2. Server sends back an alternative services header indicating H/3 support. Browser stores alt-svc info in alt-svc cache. From then on, browser tries HTTP/3 in parallel with HTTP/1 and 2 so that there's an immediate fallback if network blocks.