白话http2的多路复用

Posted 2021-04-18 nodejs全栈开发

题图 From Bing By Clm

上篇文章介绍了http1.1相对于http2的一些不足，本篇文章来聊一聊http2的一些优点，但是http2的优点比较多，并且需要结合源码展示，所以关于htt2的一些特点，我打算拆分成多篇文章，本篇文章只讨论http2实现的多路复用功能。

回顾http1.1协议，我们了解到，虽然http1.1实现了tcp的长连接，在一个tcp链接通道中，我们可以连续处理多个http请求响应，但是这个处理过程是半双工模式，也就是同一时刻只能处理一个request的请求或者响应，后面的request必须等到前面的请求响应之后才能进行。

浏览器为了更加快速的加载页面资源，于是针对同一域名设置了最大并发数，这样做能稍微加快速度，但是也带了一些问题，参看上一篇文章。

http2完全摒弃http1.1半双工通信的方式，实现了全双工通信，具体表现为：浏览器针对同一个域名的资源，只建立一个tcp连接通道，所有的针对这个域名的请求全部在这个通道中完成，并且引入了流的机制，这条通道可以同时处理多个request，这不同于http1.1的pepeline，http2的多路复用，对于request的响应并不会因为上一个request的响应未完成而阻塞，http2彻底解决了。

http2中在一个tcp通道中的所有http请求不分先后，不会阻塞，同样是一个页面中多个资源同时去请求，用http2来实现的话，过程如图：

这张图与上一篇文章中http1.1版本中的图是有区别的，可以看到这里http请求并不会因为前面的请求未响应而阻塞。

我们来通过几张图来演示一下http1.1到http1.1的pipeline在到http2的进化。

先看第一张图：

仔细观察上图，发现在http1.1版本中的一个tcp通道中，这是一个单通道，同一时刻只能处理一个http请求，并且必须按照顺序。

再看第二张图：

仔细观察这张图，虽然在一个tcp通道中实现了多个http并发，但是返回的时候是会阻塞的，谁先到达，谁先返回，顺序绝对不能乱，这就是http1.1pipeline的弊端。还有另一个pipeline的限制，只能是幂等请求（get、head等）才能应用pipeline，大部分浏览器默认是关闭pipeline的。

再看第三张图：

这张图中在一个tcp链接通道中，同时进行多个http请求和响应，仔细观察请求顺序和响应顺序无关，速度相对于上面两张图明显变快，并且页面中的资源请求都在一个tcp通道中完成，有效的避免了tcp竞速，慢启动等因素。

上面只是演示了http2的传输方式，那么他是如何实现的呢？

http1.1是明文协议，解析http1.1的明文是基于文本。http2.0的协议采用的是二进制格式。

http2为什么要采用二进制格式呢？

1、基于文本解析的话，文本的表现形式有多样性，要做到健壮性考虑的场景必然很多。

2、二进制则只认0和1的组合，解析速度更快。

那么在不改动 HTTP/1.1 的语义、⽅法、状态码、URI 以及⾸部字段等等的情况下, HTTP/2 是如何过渡到http1.1呢? 

关键之⼀就是在应⽤层(HTTP/2)和传输层(TCP or UDP)之间增加⼀个⼆进制分帧层。如图：

在⼆进制分帧层中， HTTP/2 会将所有传输的信息分割为更⼩的消息并封装在帧（frame）中,并对它们采⽤⼆进制格式的编码 ，其中 HTTP1.1的⾸部信息会被封装到 HEADER frame，⽽相应的 Request Body 则封装到 DATA frame ⾥⾯。如上图的HEADER frame和DATA frame分别对应http1.1的请求头和请求体。

对比如图：

并且，HTTP/2 通信都在⼀个tcp连接上完成，这个连接会同时处理多个http的request，http2给每个http的request都分配唯一的streamId，而每个request切割出来的fram都共用这个streamId，这样的话http2就可以基于这个streamid将切割的信息还原，http2通道中同时处理多个request的方式类似处理多个流，所以有些文章会指出http2实现了流方式传递信息。如图：

上图中每个大的蓝色方块代表一个http的request，每个request被切割为多个fream，并且被编号，我们用黄红绿三种颜色分别代表三个stream流，不同的颜色代表不同的streamid，http2接收到数据会根据其streamid自动还原数据，这样就实现了在一个TCP连接通道中的流式传输，多个request都会复用这个TCP通道，实现了高效的复用。

总结一下：上文我们简单介绍了http2的多路复用功能，简单来说有如下几个特点：

1、http2针对同一个域名只建立一个TCP链接，所有http请求都通过这个TCP链接来完成。

2、http2将每个request切割为更小的帧，有header帧和body帧，并且给同一个request的帧分配相同的streamId，模拟实现了流的传输。

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