HTTP2详解

Posted 2021-10-11 张孟浩_jay

HTTP2简介

HTTP2是对HTTP1.1的升级，对HTTP1.1性能问题进行了优化，主要从以下两个方面来优化：

1、头部压缩
HTTP1.1主要是对Body进行压缩，而头部却没有压缩。HTTP2通过HPACK算法对头部进行压缩，减少了传输时间。

2、队头阻塞
HTTP1.1使用的是TCP协议，并且为了节省资源，采用了长连接，长连接引入了队头阻塞的问题。HTTP2引入了流和帧，解决了HTTP层面上的队头阻塞。

HTTP2报文结构详解

1、二进制 替换 文本
HTTP1.1采用的是文本描述，也就是通过ASCII文本进行传输，采用文本描述的好处是调试程序方便，能够直接看出数据包中的数据情况。

而HTTP2使用的二进制来进行传输，用01串来描述数据，调试和查看数据的具体含义就不填方便了。但是这种二进制传输计算机解析方便，体积小，性能高。

举个例子，比如之前需要传递对应的文本值来表示对应的选择，而二进制通过二进制编码就能知道编码对应的选择，一个二进制编码对应着一个文本值。 一个二进制编码肯定比文本占用的空间小。

2、HTTP2将HTTP1中数据包分解为了帧
将HTTP1.1的数据包分为HEADERS帧和DATA帧，属于是化整为零，为的就是多路复用，具体原理我们下边再说。

HTTP2连接过程

连接前言

当TCP三次握手成功后，客户端需要向服务器发送一个连接前言。

连接前言是一个HTTP1.1报文，是一个ASCII文本，里面记录着一个magic字符串，当服务器接收到这个请求后，服务器就知道客户端想要使用HTTP2协议。

头部压缩

确定了HTTP2连接后，就开始准备发送HTTP2请求了。

首先就是发送HEADERS 帧，

HTTP1.1中对Body进行GZIP等压缩方式，但是对于头部却没有采取任何办法。

HTTP2采用了 HPACK 算法来压缩，HPACK 中客户端和服务器都要维护一个索引表。

如上图所示，索引表中维护了头部中Key-Value的对应关系和索引下标。

到时候，HTTP2请求中头部不用再发送Key-Value了，直接发送对应的索引下标就可以了。

上述的索引表是一个静态的表，记录着常用的头字段。HTTP的起始行中记录了Method、StatusCode等信息，也被记录到了索引表中。

有的HTTP2头部有着特殊的头部字段，所以HPACK又在静态表的尾部开始维护一个动态记录。当第一次发送索引表中不存在的Key-Value的时候，会使用实际数据发送，客户端和服务器对应的索引表会对其缓存，等到下一次发送的时候，就可以直接发送索引下标了。

所以说，HTTP2通过HPACK算法，将每次发送Key-Value替换成了发送一个下标，极大的减少了HTTP2头部的数据量，传输效率极大的提高了。

二进制帧

HTTP2将之前的head+body的一个数据包分为了 HEADER帧 和 若干个 DATA帧

格式如下图所示：

1、帧长度
帧的总长度，应用程序按照长度来读取

2、帧类型
HTTP2中有 数据帧、控制帧等类别，控制帧有着更高的传输优先权

3、标志位
8个bit，可以代表8个状态，比如END_HEADERS代表是否头数据传输结束、END_STREAM表示单方面传输数据结束

4、流标识符
帧属于哪个流，每个HTTP包传输都是一个虚拟流，通过流标识符才能将前后发送的帧重组为一个完整的数据包。

5、实际传输的数据

HTTP2发送过程

HTTP2利用帧+流的方式解决了HTTP1中的队头阻塞问题。

HTTP1中每个HTTP包复用一个TCP连接，每次只能等到前一个HTTP响应后才能发送后一个HTTP请求，如果前一个HTTP响应阻塞的话，后面的HTTP请求都会跟着阻塞，这就是队头阻塞问题。

HTTP2也是利用的长连接，多个HTTP请求复用一个TCP连接。
但是HTTP2将每个HTTP请求都看作一个流，将HTTP数据包分解为多个帧，包括HEADER帧和DATA帧。每个帧都对应着一个流标识号。

多个HTTP请求之间的发送是乱序的，但是每个HTTP请求中的帧的发送是有序的。

虽然多个HTTP请求之间的发送请求是乱序的，但是可以基于流标识符来进行重组，一个流标识符对应着一个HTTP请求。

流标识符不能复用，是自动递增的，客户端使用的是奇数，服务器使用的偶数。

这就解决了队头阻塞问题。