与时俱进，大厂面试之–HTTP/2、 HTTP/3

 前言

HTTP/2 相比于 HTTP/1，可以说是大幅度提高了网页的性能，只需要升级到该协议就可以减少很多之前需要做的性能优化工作，当然兼容问题以及如何优雅降级应该是国内还不普遍使用的原因之一。

虽然 HTTP/2 提高了网页的性能，但是并不代表它已经是完美的了，HTTP/3 就是为了解决 HTTP/2 所存在的一些问题而被推出来的。

一、HTTP协议

HTTP协议是HyperText Transfer Protocol(超文本传输协议)的缩写，它是互联网上应用最为广泛的一种网络协议。所有的WWW文件都必须遵守这个标准。伴随着计算机网络和浏览器的诞生，HTTP1.0也随之而来，处于计算机网络中的应用层，HTTP是建立在TCP协议之上，所以HTTP协议的瓶颈及其优化技巧都是基于TCP协议本身的特性，例如tcp建立连接的3次握手和断开连接的4次挥手以及每次建立连接带来的RTT延迟时间。

二、HTTP/1.x的缺陷

• 连接无法复用：连接无法复用会导致每次请求都经历三次握手和慢启动。三次握手在高延迟的场景下影响较明显，慢启动则对大量小文件请求影响较大(没有达到最大窗口请求就被终止)。
• HTTP/1.0传输数据时，每次都需要重新建立连接，增加延迟。
• HTTP/1.1虽然加入keep-alive可以复用一部分连接，但域名分片等情况下仍然需要建立多个connection，耗费资源，给服务器带来性能压力。
• Head-Of-Line Blocking(HOLB)：导致带宽无法被充分利用，以及后续健康请求被阻塞。HOLB是指一系列包(package)因为第一个包被阻塞;当页面中需要请求很多资源的时候，HOLB(队头阻塞)会导致在达到最大请求数量时，剩余的资源需要等待其他资源请求完成后才能发起请求。
• HTTP 1.0：下个请求必须在前一个请求返回后才能发出，request-response对按序发生。显然，如果某个请求长时间没有返回，那么接下来的请求就全部阻塞了。
• HTTP 1.1：尝试使用 pipeling 来解决，即浏览器可以一次性发出多个请求(同个域名，同一条 TCP 链接)。但 pipeling 要求返回是按序的，那么前一个请求如果很耗时(比如处理大图片)，那么后面的请求即使服务器已经处理完，仍会等待前面的请求处理完才开始按序返回。所以，pipeling 只部分解决了 HOLB。

如上图所示，红色圈出来的请求就因域名链接数已超过限制，而被挂起等待了一段时间。

• 协议开销大： HTTP1.x在使用时，header里携带的内容过大，在一定程度上增加了传输的成本，并且每次请求header基本不怎么变化，尤其在移动端增加用户流量。
• 安全因素：HTTP1.x在传输数据时，所有传输的内容都是明文，客户端和服务器端都无法验证对方的身份，这在一定程度上无法保证数据的安全性

三、SPDY 协议

因为HTTP/1.x的问题，我们会引入雪碧图、将小图内联、使用多个域名等等的方式来提高性能。不过这些优化都绕开了协议，直到2009年，谷歌公开了自行研发的 SPDY 协议，主要解决HTTP/1.1效率不高的问题。谷歌推出SPDY，才算是正式改造HTTP协议本身。降低延迟，压缩header等等，SPDY的实践证明了这些优化的效果，也最终带来HTTP/2的诞生。

SPDY 协议在Chrome浏览器上证明可行以后，就被当作 HTTP/2 的基础，主要特性都在 HTTP/2 之中得到继承。

四、HTTP/2 简介

2015年，HTTP/2 发布。HTTP/2是现行HTTP协议(HTTP/1.x)的替代，但它不是重写，HTTP方法/状态码/语义都与HTTP/1.x一样。HTTP/2基于SPDY3，专注于性能，最大的一个目标是在用户和网站间只用一个连接(connection)。

HTTP/2由两个规范(Specification)组成：

Hypertext Transfer Protocol version 2 - RFC7540

HPACK - Header Compression for HTTP/2 - RFC7541

五、HTTP/2 新特性

1.二进制传输

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，并且它们采用二进制编码。

接下来我们介绍几个重要的概念：

流：流是连接中的一个虚拟信道，可以承载双向的消息;每个流都有一个唯一的整数标识符(1、2…N);

消息：是指逻辑上的 HTTP 消息，比如请求、响应等，由一或多个帧组成。

帧：HTTP 2.0 通信的最小单位，每个帧包含帧首部，至少也会标识出当前帧所属的流，承载着特定类型的数据，如 HTTP 首部、负荷，等等

HTTP/2 中，同域名下所有通信都在单个连接上完成，该连接可以承载任意数量的双向数据流。每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。多个帧之间可以乱序发送，根据帧首部的流标识可以重新组装。

2.多路复用

在 HTTP/2 中引入了多路复用的技术。多路复用很好的解决了浏览器限制同一个域名下的请求数量的问题，同时也接更容易实现全速传输，毕竟新开一个 TCP 连接都需要慢慢提升传输速度。

大家可以通过 该链接 直观感受下 HTTP/2 比 HTTP/1 到底快了多少。

在 HTTP/2 中，有了二进制分帧之后，HTTP /2 不再依赖 TCP 链接去实现多流并行了，在 HTTP/2中：

• 同域名下所有通信都在单个连接上完成。
• 单个连接可以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，多个帧之间可以乱序发送，因为根据帧首部的流标识可以重新组装。

这一特性，使性能有了极大提升：

• 同个域名只需要占用一个 TCP 连接，使用一个连接并行发送多个请求和响应,消除了因多个 TCP 连接而带来的延时和内存消耗。
• 并行交错地发送多个请求，请求之间互不影响。
• 并行交错地发送多个响应，响应之间互不干扰。
• 在HTTP/2中，每个请求都可以带一个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，客户端和服务器就可以在处理不同的流时采取不同的策略，以最优的方式发送流、消息和帧。

如上图所示，多路复用的技术可以只通过一个 TCP 连接就可以传输所有的请求数据。

3.Header 压缩

在 HTTP/1 中，我们使用文本的形式传输 header，在 header 携带 cookie 的情况下，可能每次都需要重复传输几百到几千的字节。

（编辑：青岛站长网）

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