图文介绍HTTP/2（特性、解决的问题、实现方法）

HTTP/2，主要是 基于Google的SPDY，是自HTTP/1.1从1999年发布16年后的首次更新。Servlet4.0将完全支持HTTP/2。

参考： https://www.youtube.com/watch?v=3uHhx-TMV8o

主要特性：

• request/response多路复用（multiplexing）：每个TCP连接都是全双工的
• 二进制帧传输（binary framing）
• 数据流优先级（stream prioritization）：每个流都有优先级，用于决定哪些流最重要
• 服务器推送（server push）
• 头信息压缩（header compression）

HTTP/1.1的问题：

• Head-Of-Line Blocking：假设一个网站需要加载几十个资源（css、js、jpg、等等），等到html文件加载成功后，浏览器会一个一个请求这些资源，并等待服务器按顺序一个一个返回。这时候，假设某一个文件返回比较慢或者由于某种原因在服务器那边阻塞了，后面排队中的文件还是得等待这个文件先返回。这就是Head-Of-Line Blocking问题。

各种解决的方法：

• 方法1：建立多个tcp链接来请求资源：比如，第一个链接用来获取css文件、第二个链接用来获取js文件、等等
  • 方法1的不足之处：会增加TCP socket的使用量，如果不加限制，会导致服务器的TCP socket不够用；而且浏览器对某一个host的访问也会有最大链接数的限制，无法同时建立几十个链接。
• 方法2：文件合并（File concatenation and image sprites）：比如把多个js文件合并成一个；把多个icon文件放进一个文件中，通过js告诉浏览器在某个地方显示这个文件中的某个位置。
• 方法3：分域（Domain sharding）：为了解决浏览器对某个host访问的最大链接数限制，可以把不同的资源文件放到不同的domain中，比如js文件放一个domain、css文件放另外一个domain
• 方法4：文件超级合并（Inlined assets）：把所有的js、css文件合并到html中，甚至把图片文件通过base64编码后也合并到html中然后由js来decode和显示（哈哈哈……）

HTTP/2是站在HTTP/1.1肩膀上的一个改进而已，它只是HTTP/1.1下面的一个传输层，跟HTTP/1.1相比：

相同之处：

• 相同的request/response模式
• 没有新的method
• 没有新的header
• 在应用层没有引入新的花样
• 没有修改URL规范、没有修改其他底层规范

不同之处：

• Socket被当做稀有资源，一个server只开放一个socket
• 实现比HTTP/1.1复杂很多，（不能再用telent host 80 然后GET abc.html的方法）

HTTP/2在OSI七层网络中的示意图：

相关概念：

• 链接（Connection）：就是一个TCP socket
• 流（Stream）：链接中的一个通道（channel）
• 消息（Message）：request、response、或控制消息
• 帧（Frame）：HTTP/2中用来传输消息的最小单位，一个消息可以被拆分成多个Frame来传输，用于解决Head-Of-Line Blocking问题

他们的包括关系：Connection > Stream > Message > Frame

如下图所示，单个Connection里面有向上和向下几个不同Stream，同一个Stream由不同的Frame来传输一个Message的Headers和Data。这种情况下，就不存在消息互相等待的问题了。

一个frame的结构：

• Type可以为：DATA, HEADERS, PRIORITY, RST_STREAM, SETTINGS, PUSH_PROMISE, PING, GOAWAY, WINDOW_UPDATE, CONTINUATION。（DATA表示request/response中的body，如果长的body可以拆分为DATA1、DATA2……）
• Flags：配置相关
• Stream Identifier：标识这个frame是属于哪个Stream的

一个HTTP/1.1和HTTP/2请求比较的例子：

左边是HTTP/1.1的请求和头，右边是HTTP/2的头frame中的内容。“+END_STREAM”表示这是Stream中的最后一个Frame了。

他们对response比较的例子：

其中“-END_STREAM”表示这个frame不是stream中的最后一个。

HTTP/2 Header压缩（Compression）的实现（也叫做HPACK）：

• 一个connection中，几乎所有的header都是相同的，所以，没必要每次都重复传输
• 可以让服务器和客户端保存这些header列表（在接收到第一个Stream的时候），后面的stream发送request/response的时候都只传输变化的header

数据流优先级（stream prioritization）的实现：

• 客户端通知服务器每一个stream的优先级，（服务器不一定支持）
• 两种方式：
  1. 在HEADER中指定依赖关系
  2. 通过一个独立的PRIORITY帧来指定改stream的优先级

HTTP/2服务器推送（Server Push）：

• 可以在浏览器请求之前就提前把相关资源推送给浏览器的缓存
• 浏览器需要这些资源的时候，就可以直接从缓存中获取了
• 注意：这个功能并不是为了代替WebSocket，只是为了提前push一下资源给客户端而已
• Servlet4.0中关于Server Push的实现如下（Server接到对index.html的请求后，先把css和js文件push给客户端，然后再返回index.html。这样的话，浏览器获得index.html的时候，css和js文件已经在缓存中了，可以直接使用。）：

从HTTP/1.1升级到HTTP/2：

• 非安全方式（H2C）：使用用来的端口（80）和101状态码（表示“switching protocols”）
• 安全方式（H2）：使用Application Layer Protocol Negotiatin （ALPN）

相关协议：

• RFC7540：HTTP/2
• RFC7541：HPACK
• RFC7230：HTTP/1.1
• RFC4648：BASE64 encoding