从 HTTP1.x 到 HTTP 2.0 变迁

前言

互联网世界中,HTTP协议算是使用最广泛的协议。最近Http2.0诞生再次使得互联网技术成为关注的焦点。接下来我们一起看看关于HTTP的那些事。

HTTP

说道HTTP难免会提及TCP协议,HTTP是建立在TCP协议之上的,TCP协议作为传输层协议其实离应用层并不远。

TCP协议的性能直接影响了HTTP:

  • TCP建立连接时需要三次握手1.5个RTT
  • 慢启动(slow start)

目前,影响网路请求的两个主要因素: 带宽和延迟。随着网络基础设施建设带宽得到极大提升,大部分是延迟在影响响应速度。
HTTP 1.0 最大问题:

  • 连接无法复用
  • head-of-line blocking (队头阻塞)

连接无法复用会导致每次都需要进行三次握手和慢启动。

head-of-line blocking 则会导致带宽无法充分利用,以及后续健康请求阻塞。

解决连接无法复用问题

在HTTP 1.0协议里设置Connection: Keep-Alive。可以在一定时间内复用连接。对于PC端浏览器来说效果明显,对移动APP来说成效不大。

方案一: 基于TCP的长链接

基于TCP协议,使用TCP的Socket编程技术。 成熟方案如:Google的protobuf。
缺点:实现难度大,需要自己制定协议。
有点:信息的上报和推送变及时,减轻服务器压力。

方案二: http long-polling

客户端在初始状态就会发送一个polling请求到服务器,服务器并不会马上返回业务数据,而是等待有新的业务数据产生的时候再返回。
难度:链接增多会增加服务器压力,移动网络不稳定需要考虑重建链接,稳定性不好,需要业务数据过期机制。

方案三: http streaming

同long-polling不同的是,server并不会结束初始的streaming请求,而是持续的通过这个通道返回最新的业务数据。

方案四:web socket

优点:双向的数据通道,提供了http所缺少的长连接功能。
缺点:较新,大部分浏览器不支持。

head-of-line blocking

http pipelining
缺点:只适用于http1.1,绝大部分http代理服务器不支持等

其他技术

  • Spriting (图片合并)
  • Inlining (内容内嵌)
  • Concatenation (文件合并)
  • Domain Sharding (域名分片)

SPDY

为了解决http1.0和1.1存在的问题,Google在2012年提出了SPDY方案。

目标:

  • 降低延迟,客户单的单链接单请求,server的FIFO响应队列都是延迟的大头。
  • http 最初是客户端发请求,服务器响应,服务器无法主动push内容。
  • 压缩http header。

SPDY设计:

位于HTTP之下,TCP和SSL之上,兼容老版本,还可以使用已有的SSL功能。SPDY分为基础功能和高级功能,基础功能默认开启,高级功能手动开启。

基础功能

  • 多路复用(multiplexing)。多路复用通过多个请求stream共享一个tcp连接的方式。解决了队头阻塞,降低了延迟提高带宽利用率。
  • 请求优先级(request prioritization)。在多路复用的时候会出现关键请求被阻塞。SPDY 允许每次request设置优先级。
  • header压缩。压缩率达到80%以上。

高级功能

  • server推送(server push) 。开启server push 之后,服务器通过X-Associated-Content header告知客户端有新内容推送过来。
  • server暗示(server hint) 。不推送,只提示有新内容。

HTTP 2.0

SPDY的诞生和表现说明了两件事:

  • 一是现有互联网设施基础和http协议广泛使用的前提下,可以通过修改协议层来优化http1.x。
  • 针对http1.x的修改业界反馈很好

优点: 多路复用,请求压缩,优先级控制,server push等亮点。

HTTP2.0主要改动

  1. 新的二进制格式
    http1.x诞生的时候使用明文协议,三部分组成:start line, header, body。协议解析,基于文本的,基于文本的协议解析存在缺陷,需要考虑的场景很多。

    http2.0 采用二进制格式,实现方便且健壮。http2.0的格式定义更接近tcp层的方式。

    • length:定义了整个frame的开始到结束。
    • type:定义frame的类型(一共10种)
    • flags: 用bit位定义一些重要的参数
    • stream ID 用作流控制
    • payload: request的正文
  2. 连接共享(多路复用)

    使用上面提到的Stream id用来作连接共享机制的。一个request对应一个stream并分配一个id,接收方可以根据id区分frame归属哪个不同的frame。可以调整优先级,并且可以动态调整。

  3. header压缩

  4. 重置连接表现更好

  5. Server Push

    http2.0能通过push方式将客户端需要的内容预先推送出去,所以也叫“cache push”.

  6. 流量控制(Flow control)

  7. 更安全的SSL

移动端的HTTP现状

iOS下http现状

iOS系统从iOS8开始通过NSURLSession来支持SPDY,在iOS9+开始支持HTTP2.0.新版本的ATS默认支持https进行网络传输。

Android下HTTP现状

http2.0只能在新系统中支持,SPDY作为过渡方案存在。

结束

HTTP1.x到SPDY,再到HTTP2.0的一些主要变迁技术点。

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