一文读懂 HTTP/2 特性

HTTP/2 是 HTTP 协议自 1999 年 HTTP 1.1 发布后的首个更新，主要基于 SPDY 协议。由互联网工程任务组（IETF）的 Hypertext Transfer Protocol Bis（httpbis）工做小组进行开发。该组织于2014年12月将HTTP/2标准提议递交至IESG进行讨论，于2015年2月17日被批准。HTTP/2标准于2015年5月以RFC 7540正式发表。

那 HTTP/2 到底有哪些具体变化呢？

二进制分帧

先来理解几个概念：

帧：HTTP/2 数据通讯的最小单位消息：指 HTTP/2 中逻辑上的 HTTP 消息。例如请求和响应等，消息由一个或多个帧组成。

流：存在于链接中的一个虚拟通道。流能够承载双向消息，每一个流都有一个惟一的整数ID。

HTTP/2 采用二进制格式传输数据，而非 HTTP 1.x 的文本格式，二进制协议解析起来更高效。 HTTP / 1 的请求和响应报文，都是由起始行，首部和实体正文（可选）组成，各部分之间以文本换行符分隔。HTTP/2 将请求和响应数据分割为更小的帧，而且它们采用二进制编码。

HTTP/2 中，同域名下全部通讯都在单个链接上完成，该链接能够承载任意数量的双向数据流。每一个数据流都以消息的形式发送，而消息又由一个或多个帧组成。多个帧之间能够乱序发送，根据帧首部的流标识能够从新组装。

多路复用

多路复用，代替原来的序列和阻塞机制。全部就是请求的都是经过一个 TCP链接并发完成。 HTTP 1.x 中，若是想并发多个请求，必须使用多个 TCP 连接，且浏览器为了控制资源，还会对单个域名有 6-8个的TCP连接请求限制，以下图，红色圈出来的请求就因域名连接数已超过限制，而被挂起等待了一段时间：

在 HTTP/2 中，有了二进制分帧以后，HTTP /2 再也不依赖 TCP 连接去实现多流并行了，在 HTTP/2中：

• 同域名下全部通讯都在单个链接上完成。

• 单个链接能够承载任意数量的双向数据流。

• 数据流以消息的形式发送，而消息又由一个或多个帧组成，多个帧之间能够乱序发送，由于根据帧首部的流标识能够从新组装。

这一特性，使性能有了极大提高：

• 同个域名只须要占用一个 TCP 链接，消除了因多个 TCP 链接而带来的延时和内存消耗。

• 单个链接上能够并行交错的请求和响应，之间互不干扰。

• 在HTTP/2中，每一个请求均可以带一个31bit的优先值，0表示最高优先级， 数值越大优先级越低。有了这个优先值，客户端和服务器就能够在处理不一样的流时采起不一样的策略，以最优的方式发送流、消息和帧。

服务器推送

服务端能够在发送页面HTML时主动推送其它资源，而不用等到浏览器解析到相应位置，发起请求再响应。例如服务端能够主动把JS和CSS文件推送给客户端，而不须要客户端解析HTML时再发送这些请求。

服务端能够主动推送，客户端也有权利选择是否接收。若是服务端推送的资源已经被浏览器缓存过，浏览器能够经过发送RST_STREAM帧来拒收。主动推送也遵照同源策略，服务器不会随便推送第三方资源给客户端。

头部压缩

HTTP 1.1请求的大小变得愈来愈大，有时甚至会大于TCP窗口的初始大小，由于它们须要等待带着ACK的响应回来之后才能继续被发送。HTTP/2对消息头采用HPACK（专为http/2头部设计的压缩格式）进行压缩传输，可以节省消息头占用的网络的流量。而HTTP/1.x每次请求，都会携带大量冗余头信息，浪费了不少带宽资源。

HTTP每一次通讯都会携带一组头部，用于描述此次通讯的的资源、浏览器属性、cookie等，例如

为了减小这块的资源消耗并提高性能， HTTP/2对这些首部采起了压缩策略：

• HTTP/2在客户端和服务器端使用“首部表”来跟踪和存储以前发送的键－值对，对于相同的数据，再也不经过每次请求和响应发送；

• 首部表在HTTP/2的链接存续期内始终存在，由客户端和服务器共同渐进地更新;

• 每一个新的首部键－值对要么被追加到当前表的末尾，要么替换表中以前的值。

例如：下图中的两个请求， 请求一发送了全部的头部字段，第二个请求则只须要发送差别数据，这样能够减小冗余数据，下降开销。

咱们来看一个实际的例子，下面是用WireShark抓取的访问google首页的包： 

上图是是访问 https://www.google.com/ 抓到的第一个请求的头部，能够看到头部的内容，总共占用了437 bytes，咱们选中头部的cookie，能够看到cookie总共占用了118 bytes。接下来咱们看看第二个请求的头部：

从上图能够看到，得益于头部压缩，第二个请求中cookie只占用了1个字节，咱们来看看变化了的Accept字段： 

因为Accept字段与请求一中的内容不一样，须要发送给服务器，因此占用了29 bytes。

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结语

HTTP/2的经过支持请求与响应的多路复用来减小延迟，经过压缩HTTP首部字段将协议开销降至最低，同时增长对请求优先级和服务器端推送的支持。

参考资料：

1. Jerry Qu blog 中的HTTP/2专题;
2. 维基百科：HTTP/2
3. RFC 7540 – 超文本传输协议第2版（HTTP / 2）
4. FC 7541 – HPACK：HTTP / 2的头压缩
5. http2讲解