HTTP2 协议简介

2018-10-16 linux network

HTTP2 也就是超文本传输协议第 2 版，基于 TCP 连接的一个上层协议，允许在一个 TCP 连接上多路复用，支持优先级、流量控制、服务器推送、首部HPACK压缩、

保持了与 HTTP1 相同的基本语义，例如 方法语义 (GET PUST PUT DELETE 等)、状态码 (200 404 500 等)、URL 等等，相比来说做了如下的优化。

通过单个 TCP 连接支持多个通道；头部压缩，解析会更快、更小等等。

http2

简介

HTTP2 传输的数据是二进制的，相比 HTTP1.X 的纯文本数据，二进制数据的传输体积更小，更易于解析，纯文本帧在解析的时候还要考虑处理空格、大小写、空行和换行等问题，而二进制帧就不存在这个问题。

http2 frame

在 HTTP2 中，有如下的三个概念，也就是：流 (Stream)、消息 (Message) 和帧 (Frame)。

  • Stream 处于一个连接中的虚拟双向二进制数据流，通过一个唯一的整数进行标识，可以包含一个或者多个 Message 。
  • Message 一个完整的请求或者响应，比如请求、响应等，由一个或多个 Frame 组成。
  • Frame HTTP2 通讯最小单位，每个帧包含帧首部帧，表示当前帧所属的流，承载着特定类型的数据，如 HTTP 首部、负荷等。

http2 conception

每个 HTTP2 连接上传输的帧都关联到一个 “流”，这是一个逻辑上的概念，作为一个独立的双向帧序列，用于在客户端和服务器端之间进行通讯。

可以包含多个并发的流，任何一端都可以交错地插入帧。

http2 multiplexing

优先级

优先级是为了设置对端在并发的多个流之间分配资源的方式，尤其是当发送容量有限时，可以选择优先发送的流。

流之间可以相互依赖，只有当所依赖的流完成后，才会再处理当前流，同时每个依赖后都跟着一个权重 (weight)，用来确定依赖于相同的流的可分配可用资源的相对比例。

简介

每个资源都获取一个 Stream ID 来标识连接上的资源，有三个参数用于定义资源优先级：

  • 流依赖 Stream Dependencies。只有当依赖的流数据发送完成之后，才会发送当前流，默认使用共享的 Stream0 。
  • 权重 Weight。分配 1~256 之间的数字，标识在多个数据流共享连接时分配给此数据流的带宽量，按照权重比例分配。
  • 独占位 Exclusive Bit。用来表示在不与任何其它数据流共享带宽的情况下下载。

浏览器不一定同时知道所有资源，因此服务器能够在新请求到达时确定请求的优先级也很关键。

流依赖

注意，因为流可以在不同状态之间切换，如果被依赖的流不在当前依赖树中 (如流的状态为 idle )，被依赖的流会使用一个默认优先级。

当依赖一个流时，该流会添加进父级的依赖关系中，共享相同父级的依赖流不会相对于彼此进行排序，比如 B 和 C 依赖 A，新添加一个依赖流 D，BCD 的顺序是不固定的。

    A                 A
   / \      ==>      /|\
  B   C             B D C

可以通过独占标识 (exclusive) 插入一个新层级，这会导致该流成为父级的唯一依赖流，而其它依赖流变为其子级。例如插入一个新带有独占标识的依赖流 E 。

                      A
    A                 |
   /|\      ==>       E
  B D C              /|\
                    B D C

在依赖关系树中，只有当一个流依赖的所有流被关闭或者无法继续时，这个流才应该被分配资源。

权重

相同父级的依赖流按权重比例分配资源，比如 B 和 C 都依赖于 A ，其权重值分别为 4 和 12 ，那么理论上 B 能分配的资源只有 C 的三分之一。

优先级调整

在正常使用流的过程中，可以通过 PRIORITY 帧来调整流优先级。

如果父级重新设置了优先级，则依赖流会随其父级流一起移动；若调整优先级的流带有独占标识，会导致新的父流的所有子级依赖于这个流

如果一个流 A 调整为依赖自己的一个子级 (包括孙子) D，则首先将子级 D 移至 A 的父级之下(即同一层)，然后再移动 A 的整棵子树，移动的依赖关系保持其权重。

    X                X                X                 X
    |               / \               |                 |
    A              D   A              D                 D
   / \            /   / \            / \                |
  B   C     ==>  F   B   C   ==>    F   A       OR      A
     / \                 |             / \             /|\
    D   E                E            B   C           B C F
    |                                     |             |
    F                                     E             E
               (intermediate)   (non-exclusive)    (exclusive)

如上示例将 A 调整依赖 D ，调整的步骤为：A) 现将 D 移至 X 之下；B) 把 A 调整为 D 的子树；C) 如果 A 调整时带有独占标识根据第一点 F 也归为 A 子级。

优先级管理

当依赖树中的某个节点被删除，那么子级会调整为了依赖父级，权重会根据被删除节点和自身的权重重新计算。

          X(v:1.0)               X(v:1.0)
         / \                    /|\
        /   \                  / | \
      *A     B       ==>      /  |  \
    (w:16) (w:16)            /   |   \
      / \                   C   *D    B
     /   \                (w:8)(w:8)(w:16)
    C    *D
 (w:16) (w:16)
 R(C)=16/(16+16)=1/2 ==>  R(C)=8/(8+16)=1/3

如果上述 A D 不可用，那么图中的 B C 就会各占一半的资源，当 A 被移除后，C 和 D 会按照权重分配 A 的权重，也就是都变成了 8 ，此时 D 仍然不可用，那么 A 会占用 1/3 的资源。

帧 Frame

HTTP2 的最小数据单位是帧，所有帧以 9 字节的帧头并跟着 0~16,383 字节的数据。

+-----------------------------------------------+
|                 Length (24)                   |
+---------------+---------------+---------------+
|   Type (8)    |   Flags (8)   |
+-+-------------+---------------+-------------------------------+
|R|                 Stream Identifier (31)                      |
+=+=============================================================+
|                   Frame Payload (0...)                      ...
+---------------------------------------------------------------+

参考