【Http2特性——Binary framing layer--push---HPACK】

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Http2

• http2 引入了不兼容的new binary framing layer, 所以大版本号增加了
• 除非使用tcp socket，否则看不出http的版本区别 (指Http向上层暴露的API接口一致，内部实现不同）
• 基于SPDY

SPDY

google在2009年弄的项目，最大的目标是减少 减低网页加载延迟，通过解决http1.1 性能瓶颈

• Target a 50% reduction in page load time (PLT).
• Avoid the need for any changes to content by website authors.
• Minimize deployment complexity, and avoid changes in network infrastructure.
• Develop this new protocol in partnership with the open-source community.
• Gather real performance data to (in)validate the experimental protocol.

通过新的 binary framing layer来实现 请求和相应的 多路复用（multiplexing）、优先级排序（prioritization)、首部压缩

最终提高了55%的速度。

2015年早起，http 2协议被IESG（Steering 指导、操控）通过。

版本比较

http 1.*

• client需要多个connection，来实现 并发（concurrency）、减低延迟（reduce latency）
• 不对request、response的首部压缩，浪费流量
• 不支持对资源的优先级排序，导致对tcp连接的利用新能底下

http 2

• Binary framing layer
• 首部压缩
  • 更高效使用资源
  • 降低延迟
• 允许在 同一 connection上多concurrent（并发）交换信息
  • 特别是： 它允许在同一连接上交错请求和响应消息，并对HTTP头字段使用高效的编码。
• 允许对请求进行 优先级排序
  • 使重要的请求，优先完成
• push

比较

• 使用更少的tcp connection，降低了 资源的竞争、提高了connection的存活时间
• http2通过binary message framing 更高效处理信息

总结

http2是对http的拓展，而不是替代。status code、header等都保持不变，下面讨论关于 底层API的修改。

Binary framing layer （二进制 帧 层）

• http2的核心更改
• 规定http信息的封装 和 传输

• layer：在暴露给应用的 高级http接口 和 底层socket接口之间的 优化的编码机制
• 不同于 http 1.*在普通文本中通过 换行符分割
• http 2通信都被分割为 小的message和frame，并采用 二进制的编码格式

影响

• http 2.0的client、server端必须处理、解析 binary frame格式
• http1.0的client不会理解只支持http2.0的server，反之亦然
• 可幸的是，应用层 对此无感知

术语 （terminology）

• Streams
  • 在connection上建立的 双向byte通信流
  • 用于传输message
• Messages
  • 完整的 一串 frame
  • 可以映射逻辑上 request或response信息
• frames
  • http2.0中最小的通信单元
  • 都包含 frame header

联系

• 所有的通信通过 一个tcp链接完成。
• 一个tcp链接可carry（进行、搬运） 多个双向的 Stream
• 每个Stream都有 独有的识别信息 和 可选的优先级信息
• Stream用于carry 双向的message
• 每个Message，都代表逻辑上的 Http message（request or response）
• 每个Message，都包含一个或多个frame
• frame是最小的通信单元，用于carry指定的数据类型（例如：header、 部分message等等）
• 不同stream的frame，可以在connection中交错传输，最后通过frame的header里嵌入的 stream 识别信息 来重新组装。

小结

• http2.0 将 Http协议的通信 分解为 binary-encoded frames的交换。
• 将其映射为 属于指定stream的 message
• 在一个TCP连接上 通过 多路复用 通信

Request and response multiplexing

Http1.*

• 如果想 多路 并行（parallel）请求 提高效率
• 必须需要 多个TCP connection （例如加载网页时，多线程加载 图片、JS、CSS、html）
• 这是Http1.*的交付模型直接导致的
  • 在任意时间，只允许一个response在一个connection内传递
• 导致 head-of-line blocking，和底层TCP connection的浪费
  • 因顺序完成，所以相同Connection内，head头阻塞，后续信息就无法传递了

Http 2

• 在new binary framing layer中打破，一个connection同时只能有一个response的限制
• 允许一个connction，完全的 多路request、response
• 将一个http信息分解成独立的 frames
• frames可交叉传递
• 最终frame再组装

HTTP/2最重要的能力

1. 将HTTP message分割为独立的frames（帧）
2. 可交错传递(interleave them)
3. 并在接收端 重新组装frames

由此也引入了其他的好处

1. 交叉多个 request， 并行（parallel）处理，而不会被 其中任意一个阻塞
2. 交叉多个 response， 并行（parallel）处理，而不会被 其中任意一个阻塞
3. 使用 一个 connection，并行 传递多个request、response
4. 移走不再需要HTTP/1.x的变通方法（concatenated files, image sprites, and domain sharding）
5. 提高网络的可用容量，通过消除不必要的延迟，降低 page 加载时间

好处

1. resolves the head-of-line blocking problem found in HTTP/1.x
2. eliminates the need for multiple connections to enable parallel processing and delivery of requests and responses

As a result, this makes our applications faster, simpler, and cheaper to deploy.

Stream prioritization

因为multiplex，使得frame的顺序很重要，通过 weight 和 dependence控制：

• 给stream分配weight，区间[1, 256]
• stream可以显式的dependence (依赖) 其他stream
  • 依赖可以构成一个树形结构
  • 顶部的依赖优先执行
  • 顶部为虚拟的一个 root stream

• stream通过 另一个stream唯一识别码 可以指定依赖，将其作为parent，parent将优先执行
• 没指定依赖，则被认为依赖于 root stream（即优先级最高）
• 当dependence相同时，即多个stream 为兄弟 stream，则通过 weight占比，来按比例分配资源
• dependence、weight可以动态调整

One connection per origin

因为 new binary framing 机制，Http 2不再需要多个TCP连接，来达到并发（parallel）处理。
每个stream可以interleave（交替传输）和prioritized（设置优先级）。

因此HTTP/2 连接都是持久的，每个origin（起源）只需一个connection。

• 降低操作的性能消耗
• 降低延迟
• 还提高了server的吞吐量，增大了网络的容量（capacity）

特别是HTTPS，耗性能的 TLS handshacks
- Https的TCP建立，需要TLS握手，用于确定https的证书、非对称加密，生成对称加密的key

Flow control

Server push

打破了 严格的request-response语音，enables one-to-many and server-initiated push workflows（允许1对多 和 服务端推送的工作流）

• PUSH_PROMISE frames

Header compression

HTTP/1.x

这些元数据都是plain text（纯文本），一次请求要占 500–800 bytes ，如果 HTTP cook被使用还会到 kb，

HTTP/2

使用HPACK压缩格式，压缩 request、response请求头的元数据

HPACK压缩格式：

1. It allows the transmitted header fields to be encoded via a static Huffman code, which reduces their individual transfer size.（使用霍夫曼编码，降低单次transfer消耗）
2. It requires that both the client and server maintain and update an indexed list of previously seen header fields (in other words, it establishes a shared compression context), which is then used as a reference to efficiently encode previously transmitted values.（采用index，复用相同header）