在我們所處的互聯(lián)網(wǎng)世界中，HTTP協(xié)議算得上是使用最廣泛的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議。最近http2.0的誕生使得它再次互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)圈關(guān)注的焦點(diǎn)。任何事物的消退和新生都有其背后推動(dòng)的力量。對(duì)于HTTP來說，這力量復(fù)雜來說是各種技術(shù)細(xì)節(jié)的演進(jìn)，簡(jiǎn)單來說是用戶體驗(yàn)和感知的進(jìn)化。用戶總是希望網(wǎng)絡(luò)上的信息能盡可能快的抵達(dá)眼球，越快越好，正是這種對(duì)“快”對(duì)追逐催生了今天的http2.0。

1. HTTP2.0的前世

http2.0的前世是http1.0和http1.1這兩兄弟。雖然之前僅僅只有兩個(gè)版本，但這兩個(gè)版本所包含的協(xié)議規(guī)范之龐大，足以讓任何一個(gè)有經(jīng)驗(yàn)的工程師為之頭疼。http1.0誕生于1996年，協(xié)議文檔足足60頁(yè)。之后第三年，http1.1也隨之出生，協(xié)議文檔膨脹到了176頁(yè)。不過和我們手機(jī)端app升級(jí)不同的是，網(wǎng)絡(luò)協(xié)議新版本并不會(huì)馬上取代舊版本。實(shí)際上，1.0和1.1在之后很長(zhǎng)的一段時(shí)間內(nèi)一直并存，這是由于網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施更新緩慢所決定的。今天的http2.0也是一樣，新版協(xié)議再好也需要業(yè)界的產(chǎn)品錘煉，需要基礎(chǔ)設(shè)施逐年累月的升級(jí)換代才能普及。

1.1 HTTP站在TCP之上

理解http協(xié)議之前一定要對(duì)TCP有一定基礎(chǔ)的了解。HTTP是建立在TCP協(xié)議之上，TCP協(xié)議作為傳輸層協(xié)議其實(shí)離應(yīng)用層并不遠(yuǎn)。HTTP協(xié)議的瓶頸及其優(yōu)化技巧都是基于TCP協(xié)議本身的特性。比如TCP建立連接時(shí)三次握手有1.5個(gè)RTT（round-trip time）的延遲，為了避免每次請(qǐng)求的都經(jīng)歷握手帶來的延遲，應(yīng)用層會(huì)選擇不同策略的http長(zhǎng)鏈接方案。又比如TCP在建立連接的初期有慢啟動(dòng)（slow start）的特性，所以連接的重用總是比新建連接性能要好。

1.1 HTTP應(yīng)用場(chǎng)景

http誕生之初主要是應(yīng)用于web端內(nèi)容獲取，那時(shí)候內(nèi)容還不像現(xiàn)在這樣豐富，排版也沒那么精美，用戶交互的場(chǎng)景幾乎沒有。對(duì)于這種簡(jiǎn)單的獲取網(wǎng)頁(yè)內(nèi)容的場(chǎng)景，http表現(xiàn)得還算不錯(cuò)。但隨著互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展和web2.0的誕生，更多的內(nèi)容開始被展示（更多的圖片文件），排版變得更精美（更多的css），更復(fù)雜的交互也被引入（更多的js）。用戶打開一個(gè)網(wǎng)站首頁(yè)所加載的數(shù)據(jù)總量和請(qǐng)求的個(gè)數(shù)也在不斷增加。今天絕大部分的門戶網(wǎng)站首頁(yè)大小都會(huì)超過2M，請(qǐng)求數(shù)量可以多達(dá)100個(gè)。另一個(gè)廣泛的應(yīng)用是在移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的客戶端app，不同性質(zhì)的app對(duì)http的使用差異很大。對(duì)于電商類app，加載首頁(yè)的請(qǐng)求也可能多達(dá)10多個(gè)。對(duì)于微信這類IM，http請(qǐng)求可能僅限于語(yǔ)音和圖片文件的下載，請(qǐng)求出現(xiàn)的頻率并不算高。

1.2 因?yàn)檠舆t，所以慢

影響一個(gè)網(wǎng)絡(luò)請(qǐng)求的因素主要有兩個(gè)，帶寬和延遲。今天的網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)建設(shè)已經(jīng)使得帶寬得到極大的提升，大部分時(shí)候都是延遲在影響響應(yīng)速度。http1.0被抱怨最多的就是連接無法復(fù)用，和head of line blocking這兩個(gè)問題。理解這兩個(gè)問題有一個(gè)十分重要的前提：客戶端是依據(jù)域名來向服務(wù)器建立連接，一般PC端瀏覽器會(huì)針對(duì)單個(gè)域名的server同時(shí)建立6～8個(gè)連接，手機(jī)端的連接數(shù)則一般控制在4～6個(gè)。顯然連接數(shù)并不是越多越好，資源開銷和整體延遲都會(huì)隨之增大。

連接無法復(fù)用會(huì)導(dǎo)致每次請(qǐng)求都經(jīng)歷三次握手和慢啟動(dòng)。三次握手在高延遲的場(chǎng)景下影響較明顯，慢啟動(dòng)則對(duì)文件類大請(qǐng)求影響較大。

head of line blocking會(huì)導(dǎo)致帶寬無法被充分利用，以及后續(xù)健康請(qǐng)求被阻塞。假設(shè)有5個(gè)請(qǐng)求同時(shí)發(fā)出，如下圖：

對(duì)于http1.0的實(shí)現(xiàn)，在第一個(gè)請(qǐng)求沒有收到回復(fù)之前，后續(xù)從應(yīng)用層發(fā)出的請(qǐng)求只能排隊(duì)，請(qǐng)求2，3，4，5只能等請(qǐng)求1的response回來之后才能逐個(gè)發(fā)出。網(wǎng)絡(luò)通暢的時(shí)候性能影響不大，一旦請(qǐng)求1的request因?yàn)槭裁丛驔]有抵達(dá)服務(wù)器，或者response因?yàn)榫W(wǎng)絡(luò)阻塞沒有及時(shí)返回，影響的就是所有后續(xù)請(qǐng)求，問題就變得比較嚴(yán)重了。

1.3 解決連接無法復(fù)用

http1.0協(xié)議頭里可以設(shè)置Connection:Keep-Alive。在header里設(shè)置Keep-Alive可以在一定時(shí)間內(nèi)復(fù)用連接，具體復(fù)用時(shí)間的長(zhǎng)短可以由服務(wù)器控制，一般在15s左右。到http1.1之后Connection的默認(rèn)值就是Keep-Alive，如果要關(guān)閉連接復(fù)用需要顯式的設(shè)置Connection:Close。一段時(shí)間內(nèi)的連接復(fù)用對(duì)PC端瀏覽器的體驗(yàn)幫助很大，因?yàn)榇蟛糠值恼?qǐng)求在集中在一小段時(shí)間以內(nèi)。但對(duì)移動(dòng)app來說，成效不大，app端的請(qǐng)求比較分散且時(shí)間跨度相對(duì)較大。所以移動(dòng)端app一般會(huì)從應(yīng)用層尋求其它解決方案，長(zhǎng)連接方案或者偽長(zhǎng)連接方案：

方案一：基于tcp的長(zhǎng)鏈接

現(xiàn)在越來越多的移動(dòng)端app都會(huì)建立一條自己的長(zhǎng)鏈接通道，通道的實(shí)現(xiàn)是基于tcp協(xié)議?；趖cp的socket編程技術(shù)難度相對(duì)復(fù)雜很多，而且需要自己制定協(xié)議，但帶來的回報(bào)也很大。信息的上報(bào)和推送變得更及時(shí)，在請(qǐng)求量爆發(fā)的時(shí)間點(diǎn)還能減輕服務(wù)器壓力（http短連接模式會(huì)頻繁的創(chuàng)建和銷毀連接）。不止是IM app有這樣的通道，像淘寶這類電商類app都有自己的專屬長(zhǎng)連接通道了?，F(xiàn)在業(yè)界也有不少成熟的方案可供選擇了，google的protobuf就是其中之一。

方案二：http long-polling

long-polling可以用下圖表示：

客戶端在初始狀態(tài)就會(huì)發(fā)送一個(gè)polling請(qǐng)求到服務(wù)器，服務(wù)器并不會(huì)馬上返回業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)，而是等待有新的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)產(chǎn)生的時(shí)候再返回。所以連接會(huì)一直被保持，一旦結(jié)束馬上又會(huì)發(fā)起一個(gè)新的polling請(qǐng)求，如此反復(fù)，所以一直會(huì)有一個(gè)連接被保持。服務(wù)器有新的內(nèi)容產(chǎn)生的時(shí)候，并不需要等待客戶端建立一個(gè)新的連接。做法雖然簡(jiǎn)單，但有些難題需要攻克才能實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定可靠的業(yè)務(wù)框架：

1. 和傳統(tǒng)的http短鏈接相比，長(zhǎng)連接會(huì)在用戶增長(zhǎng)的時(shí)候極大的增加服務(wù)器壓力
2. 移動(dòng)端網(wǎng)絡(luò)環(huán)境復(fù)雜，像wifi和4g的網(wǎng)絡(luò)切換，進(jìn)電梯導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)臨時(shí)斷掉等，這些場(chǎng)景都需要考慮怎么重建健康的連接通道。
3. 這種polling的方式穩(wěn)定性并不好，需要做好數(shù)據(jù)可靠性的保證，比如重發(fā)和ack機(jī)制。
4. polling的response有可能會(huì)被中間代理cache住，要處理好業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的過期機(jī)制。
   

long-polling方式還有一些缺點(diǎn)是無法克服的，比如每次新的請(qǐng)求都會(huì)帶上重復(fù)的header信息，還有數(shù)據(jù)通道是單向的，主動(dòng)權(quán)掌握在server這邊，客戶端有新的業(yè)務(wù)請(qǐng)求的時(shí)候無法及時(shí)傳送。

方案三：http streaming

http streaming流程大致如下：

同long-polling不同的是，server并不會(huì)結(jié)束初始的streaming請(qǐng)求，而是持續(xù)的通過這個(gè)通道返回最新的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)。顯然這個(gè)數(shù)據(jù)通道也是單向的。streaming是通過在server response的頭部里增加”Transfer Encoding: chunked”來告訴客戶端后續(xù)還會(huì)有新的數(shù)據(jù)到來。除了和long－polling相同的難點(diǎn)之外，streaming還有幾個(gè)缺陷：

有些代理服務(wù)器會(huì)等待服務(wù)器的response結(jié)束之后才會(huì)將結(jié)果推送到請(qǐng)求客戶端。對(duì)于streaming這種永遠(yuǎn)不會(huì)結(jié)束的方式來說，客戶端就會(huì)一直處于等待response的過程中。

業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)無法按照請(qǐng)求來做分割，所以客戶端沒收到一塊數(shù)據(jù)都需要自己做協(xié)議解析，也就是說要做自己的協(xié)議定制。
streaming不會(huì)產(chǎn)生重復(fù)的header數(shù)據(jù)。

方案四：web socket

WebSocket和傳統(tǒng)的tcp socket連接相似，也是基于tcp協(xié)議，提供雙向的數(shù)據(jù)通道。WebSocket優(yōu)勢(shì)在于提供了message的概念，比基于字節(jié)流的tcp socket使用更簡(jiǎn)單，同時(shí)又提供了傳統(tǒng)的http所缺少的長(zhǎng)連接功能。不過WebSocket相對(duì)較新，2010年才起草，并不是所有的瀏覽器都提供了支持。各大瀏覽器廠商最新的版本都提供了支持。

1.4 解決head of line blocking

Head of line blocking(以下簡(jiǎn)稱為holb)是http2.0之前網(wǎng)絡(luò)體驗(yàn)的最大禍源。正如圖1中所示，健康的請(qǐng)求會(huì)被不健康的請(qǐng)求影響，而且這種體驗(yàn)的損耗受網(wǎng)絡(luò)環(huán)境影響，出現(xiàn)隨機(jī)且難以監(jiān)控。為了解決holb帶來的延遲，協(xié)議設(shè)計(jì)者設(shè)計(jì)了一種新的pipelining機(jī)制。

http pipelining

pipelining的流程圖可以用下圖表示：

和圖一相比最大的差別是，請(qǐng)求2，3，4，5不用等請(qǐng)求1的response返回之后才發(fā)出，而是幾乎在同一時(shí)間把request發(fā)向了服務(wù)器。2，3，4，5及所有后續(xù)共用該連接的請(qǐng)求節(jié)約了等待的時(shí)間，極大的降低了整體延遲。下圖可以清晰的看出這種新機(jī)制對(duì)延遲的改變：

不過pipelining并不是救世主，它也存在不少缺陷：

1. pipelining只能適用于http1.1，一般來說，支持http1.1的server都要求支持pipelining。
2. 只有冪等的請(qǐng)求（GET，HEAD）能使用pipelining，非冪等請(qǐng)求比如POST不能使用，因?yàn)檎?qǐng)求之間可能會(huì)存在先后依賴關(guān)系。
3. head of line blocking并沒有完全得到解決，server的response還是要求依次返回，遵循FIFO(first in first out)原則。也就是說如果請(qǐng)求1的response沒有回來，2，3，4，5的response也不會(huì)被送回來。
4. 絕大部分的http代理服務(wù)器不支持pipelining。
5. 和不支持pipelining的老服務(wù)器協(xié)商有問題。
6. 可能會(huì)導(dǎo)致新的Front of queue blocking問題。

正是因?yàn)橛羞@么多的問題，各大瀏覽器廠商要么是根本就不支持pipelining，要么就是默認(rèn)關(guān)掉了pipelining機(jī)制，而且啟用的條件十分苛刻?？梢詤⒖糲hrome對(duì)于pipeling的問題描述。

1.5 其它奇技淫巧

為了解決延遲帶來的苦惱，永遠(yuǎn)都會(huì)有聰明的探索者找出新的捷徑來。互聯(lián)網(wǎng)的蓬勃興盛催生出了各種新奇技巧，我們來依次看下這些“捷徑”及各自的優(yōu)缺點(diǎn)。

Spriting（圖片合并）

Spriting指的是將多個(gè)小圖片合并到一張大的圖片里，這樣多個(gè)小的請(qǐng)求就被合并成了一個(gè)大的圖片請(qǐng)求，然后再利用js或者css文件來取出其中的小張圖片使用。好處顯而易見，請(qǐng)求數(shù)減少，延遲自然低。壞處是文件的粒度變大了，有時(shí)候我們可能只需要其中一張小圖，卻不得不下載整張大圖，cache處理也變得麻煩，在只有一張小圖過期的情況下，為了獲得最新的版本，不得不從服務(wù)器下載完整的大圖，即使其它的小圖都沒有過期，顯然浪費(fèi)了流量。

Inlining（內(nèi)容內(nèi)嵌）

Inlining的思考角度和spriting類似，是將額外的數(shù)據(jù)請(qǐng)求通過base64編碼之后內(nèi)嵌到一個(gè)總的文件當(dāng)中。比如一個(gè)網(wǎng)頁(yè)有一張背景圖，我們可以通過如下代碼嵌入：

background: url(data:image/png;base64,)

data部分是base64編碼之后的字節(jié)碼，這樣也避免了一次多余的http請(qǐng)求。但這種做法也有著和spriting相同的問題，資源文件被綁定到了其它文件，粒度變得難以控制。

Concatenation（文件合并）

Concatenation主要是針對(duì)js這類文件，現(xiàn)在前端開發(fā)交互越來越多，零散的js文件也在變多。將多個(gè)js文件合并到一個(gè)大的文件里在做一些壓縮處理也可以減小延遲和傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量。但同樣也面臨著粒度變大的問題，一個(gè)小的js代碼改動(dòng)會(huì)導(dǎo)致整個(gè)js文件被下載。

Domain Sharding（域名分片）

前面我提到過很重要的一點(diǎn)，瀏覽器或者客戶端是根據(jù)domain（域名）來建立連接的。比如針對(duì)www.example.com只允許同時(shí)建立2個(gè)連接，但mobile.example.com被認(rèn)為是另一個(gè)域名，可以再建立兩個(gè)新的連接。依次類推，如果我再多建立幾個(gè)sub domain（子域名），那么同時(shí)可以建立的http請(qǐng)求就會(huì)更多，這就是Domain Sharding了。連接數(shù)變多之后，受限制的請(qǐng)求就不需要等待前面的請(qǐng)求完成才能發(fā)出了。這個(gè)技巧被大量的使用，一個(gè)頗具規(guī)模的網(wǎng)頁(yè)請(qǐng)求數(shù)可以超過100，使用domain sharding之后同時(shí)建立的連接數(shù)可以多到50個(gè)甚至更多。

這么做當(dāng)然增加了系統(tǒng)資源的消耗，但現(xiàn)在硬件資源升級(jí)非常之快，和用戶寶貴的等待時(shí)機(jī)相比起來實(shí)在微不足道。

domain sharding還有一大好處，對(duì)于資源文件來說一般是不需要cookie的，將這些不同的靜態(tài)資源文件分散在不同的域名服務(wù)器上，可以減小請(qǐng)求的size。

不過domain sharding只有在請(qǐng)求數(shù)非常之多的場(chǎng)景下才有明顯的效果。而且請(qǐng)求數(shù)也不是越多越好，資源消耗是一方面，另一點(diǎn)是由于tcp的slow start會(huì)導(dǎo)致每個(gè)請(qǐng)求在初期都會(huì)經(jīng)歷slow start，還有tcp 三次握手，DNS查詢的延遲。這一部分帶來的時(shí)間損耗和請(qǐng)求排隊(duì)同樣重要，到底怎么去平衡這二者就需要取一個(gè)可靠的連接數(shù)中間值，這個(gè)值的最終確定要通過反復(fù)的測(cè)試。移動(dòng)端瀏覽器場(chǎng)景建議不要使用domain sharding，具體細(xì)節(jié)參考這篇文章。

2. 開拓者SPDY

http1.0和1.1雖然存在這么多問題，業(yè)界也想出了各種優(yōu)化的手段，但這些方法手段都是在嘗試?yán)@開協(xié)議本身的缺陷，都有種隔靴搔癢，治標(biāo)不治本的感覺。直到2012年google如一聲驚雷提出了SPDY的方案，大家才開始從正面看待和解決老版本http協(xié)議本身的問題，這也直接加速了http2.0的誕生。實(shí)際上，http2.0是以SPDY為原型進(jìn)行討論和標(biāo)準(zhǔn)化的。為了給http2.0讓路，google已決定在2016年不再繼續(xù)支持SPDY開發(fā)，但在http2.0出生之前，SPDY已經(jīng)有了相當(dāng)規(guī)模的應(yīng)用，作為一個(gè)過渡方案恐怕在還將一段時(shí)間內(nèi)繼續(xù)存在?，F(xiàn)在不少app客戶端和server都已經(jīng)使用了SPDY來提升體驗(yàn)，http2.0在老的設(shè)備和系統(tǒng)上還無法使用（iOS系統(tǒng)只有在iOS9+上才支持），所以可以預(yù)見未來幾年spdy將和http2.0共同服務(wù)的情況。

2.1 SPDY的目標(biāo)

SPDY的目標(biāo)在一開始就是瞄準(zhǔn)http1.x的痛點(diǎn)，即延遲和安全性。我們上面通篇都在討論延遲，至于安全性，由于http是明文協(xié)議，其安全性也一直被業(yè)界詬病，不過這是另一個(gè)大的話題。如果以降低延遲為目標(biāo)，應(yīng)用層的http和傳輸層的tcp都是都有調(diào)整的空間，不過tcp作為更底層協(xié)議存在已達(dá)數(shù)十年之久，其實(shí)現(xiàn)已深植全球的網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施當(dāng)中，如果要?jiǎng)颖厝粋?jīng)動(dòng)骨，業(yè)界響應(yīng)度必然不高，所以SPDY的手術(shù)刀對(duì)準(zhǔn)的是http。

降低延遲，客戶端的單連接單請(qǐng)求，server的FIFO響應(yīng)隊(duì)列都是延遲的大頭。

http最初設(shè)計(jì)都是客戶端發(fā)起請(qǐng)求，然后server響應(yīng)，server無法主動(dòng)push內(nèi)容到客戶端。

壓縮HTTP Header，http1.x的header越來越膨脹，cookie和user agent很容易讓header的size增至1kb大小，甚至更多。而且由于http的無狀態(tài)特性，header必須每次request都重復(fù)攜帶，很浪費(fèi)流量。

為了增加業(yè)界響應(yīng)的可能性，聰明的google一開始就避開了從傳輸層動(dòng)手，而且打算利用開源社區(qū)的力量以提高擴(kuò)散的力度，對(duì)于協(xié)議使用者來說，也只需要在請(qǐng)求的header里設(shè)置user agent，然后在server端做好支持即可，極大的降低了部署的難度。SPDY的設(shè)計(jì)如下：

SPDY位于HTTP之下，TCP和SSL之上，這樣可以輕松兼容老版本的HTTP協(xié)議(將http1.x的內(nèi)容封裝成一種新的frame格式)，同時(shí)可以使用已有的SSL功能。SPDY的功能可以分為基礎(chǔ)功能和高級(jí)功能兩部分，基礎(chǔ)功能默認(rèn)啟用，高級(jí)功能需要手動(dòng)啟用。

SPDY基礎(chǔ)功能

多路復(fù)用（multiplexing）。多路復(fù)用通過多個(gè)請(qǐng)求stream共享一個(gè)tcp連接的方式，解決了http1.x holb（head of line blocking）的問題，降低了延遲同時(shí)提高了帶寬的利用率。

請(qǐng)求優(yōu)先級(jí)（request prioritization）。多路復(fù)用帶來一個(gè)新的問題是，在連接共享的基礎(chǔ)之上有可能會(huì)導(dǎo)致關(guān)鍵請(qǐng)求被阻塞。SPDY允許給每個(gè)request設(shè)置優(yōu)先級(jí)，這樣重要的請(qǐng)求就會(huì)優(yōu)先得到響應(yīng)。比如瀏覽器加載首頁(yè)，首頁(yè)的html內(nèi)容應(yīng)該優(yōu)先展示，之后才是各種靜態(tài)資源文件，腳本文件等加載，這樣可以保證用戶能第一時(shí)間看到網(wǎng)頁(yè)內(nèi)容。

header壓縮。前面提到過幾次http1.x的header很多時(shí)候都是重復(fù)多余的。選擇合適的壓縮算法可以減小包的大小和數(shù)量。SPDY對(duì)header的壓縮率可以達(dá)到80%以上，低帶寬環(huán)境下效果很大。

SPDY高級(jí)功能

server推送（server push）。http1.x只能由客戶端發(fā)起請(qǐng)求，然后服務(wù)器被動(dòng)的發(fā)送response。開啟server push之后，server通過X-Associated-Content header（X-開頭的header都屬于非標(biāo)準(zhǔn)的，自定義header）告知客戶端會(huì)有新的內(nèi)容推送過來。在用戶第一次打開網(wǎng)站首頁(yè)的時(shí)候，server將資源主動(dòng)推送過來可以極大的提升用戶體驗(yàn)。
server暗示（server hint）。和server push不同的是，server hint并不會(huì)主動(dòng)推送內(nèi)容，只是告訴有新的內(nèi)容產(chǎn)生，內(nèi)容的下載還是需要客戶端主動(dòng)發(fā)起請(qǐng)求。server hint通過X-Subresources header來通知，一般應(yīng)用場(chǎng)景是客戶端需要先查詢server狀態(tài)，然后再下載資源，可以節(jié)約一次查詢請(qǐng)求。

2.2 SPDY的成績(jī)

SPDY的成績(jī)可以用google官方的一個(gè)數(shù)字來說明：頁(yè)面加載時(shí)間相比于http1.x減少了64%。而且各大瀏覽器廠商在SPDY誕生之后的1年多里都陸續(xù)支持了SPDY，不少大廠app和server端框架也都將SPDY應(yīng)用到了線上的產(chǎn)品當(dāng)中。

google的官網(wǎng)也給出了他們自己做的一份測(cè)試數(shù)據(jù)。測(cè)試對(duì)象是25個(gè)訪問量排名靠前的網(wǎng)站首頁(yè)，家用網(wǎng)絡(luò)%1的丟包率，每個(gè)網(wǎng)站測(cè)試10次取平均值。結(jié)果如下：

不開啟ssl的時(shí)候提升在 27% – 60%，開啟之后為39% – 55%。 這份測(cè)試結(jié)果有兩點(diǎn)值得特別注意：

連接數(shù)的選擇

連接到底是基于域名來建立，還是不做區(qū)分所有子域名都共享一個(gè)連接，這個(gè)策略選擇上值得商榷。google的測(cè)試結(jié)果測(cè)試了兩種方案，看結(jié)果似乎是單一連接性能高于多域名連接方式。之所以出現(xiàn)這種情況是由于網(wǎng)頁(yè)所有的資源請(qǐng)求并不是同一時(shí)間發(fā)出，后續(xù)發(fā)出的子域名請(qǐng)求如果能復(fù)用之前的tcp連接當(dāng)然性能更好。實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)景下應(yīng)該也是單連接共享模式表現(xiàn)好。

帶寬的影響

測(cè)試基于兩種帶寬環(huán)境，一慢一快。網(wǎng)速快的環(huán)境下對(duì)減小延遲的提升更大，單連接模式下可以提升至60%。原因也比較簡(jiǎn)單，帶寬越大，復(fù)用連接的請(qǐng)求完成越快，由于三次握手和慢啟動(dòng)導(dǎo)致的延遲損耗就變得更明顯。

出了連接模式和帶寬之外，丟包率和RTT也是需要測(cè)試的參數(shù)。SPDY對(duì)header的壓縮有80%以上，整體包大小能減少大概40%，發(fā)送的包越少，自然受丟包率影響也就越小，所以丟包率大的惡劣環(huán)境下SPDY反而更能提升體驗(yàn)。下圖是受丟包率影響的測(cè)試結(jié)果，丟包率超過2.5％之后就沒有提升了：

RTT越大，延遲會(huì)越大，在高RTT的場(chǎng)景下，由于SPDY的request是并發(fā)進(jìn)行的，所有對(duì)包的利用率更高，反而能更明顯的減小總體延遲。測(cè)試結(jié)果如下：

SPDY從2012年誕生到2016停止維護(hù)，時(shí)間跨度對(duì)于網(wǎng)絡(luò)協(xié)議來說其實(shí)非常之短。如果HTTP2.0沒有出來，google或許能收集到更多業(yè)界產(chǎn)品的真實(shí)反饋和數(shù)據(jù)，畢竟google自己的測(cè)試環(huán)境相對(duì)簡(jiǎn)單。但SPDY也完成了自己的使命，作為一貫扮演拓荒者角色的google應(yīng)該也早就預(yù)見了這樣的結(jié)局。SPDY對(duì)產(chǎn)品網(wǎng)絡(luò)體驗(yàn)的提升到底如何，恐怕只有各大廠產(chǎn)品經(jīng)理才清楚了。

3. 救世主HTTP2.0

SPDY的誕生和表現(xiàn)說明了兩件事情：一是在現(xiàn)有互聯(lián)網(wǎng)設(shè)施基礎(chǔ)和http協(xié)議廣泛使用的前提下，是可以通過修改協(xié)議層來優(yōu)化http1.x的。二是針對(duì)http1.x的修改確實(shí)效果明顯而且業(yè)界反饋很好。正是這兩點(diǎn)讓IETF（Internet Enginerring Task Force）開始正式考慮制定HTTP2.0的計(jì)劃，最后決定以SPDY／3為藍(lán)圖起草HTTP2.0，SPDY的部分設(shè)計(jì)人員也被邀請(qǐng)參與了HTTP2.0的設(shè)計(jì)。

3.1 HTTP2.0需要考慮的問題

HTTP2.0與SPDY的起點(diǎn)不同，SPDY可以說是google的“玩具”，最早出現(xiàn)在自家的chrome瀏覽器和server上，好不好玩以及別人會(huì)不會(huì)跟著一起玩對(duì)google來說無關(guān)痛癢。但HTTP2.0作為業(yè)界標(biāo)準(zhǔn)還沒出生就是眾人矚目的焦點(diǎn)，一開始如果有什么瑕疵或者不兼容的問題影響可能又是數(shù)十年之久，所以考慮的問題和角度要非常之廣。我們來看下HTTP2.0一些重要的設(shè)計(jì)前提：

1. 客戶端向server發(fā)送request這種基本模型不會(huì)變。
2. 老的scheme不會(huì)變，使用http://和https://的服務(wù)和應(yīng)用不會(huì)要做任何更改，不會(huì)有http2://。
3. 使用http1.x的客戶端和服務(wù)器可以無縫的通過代理方式轉(zhuǎn)接到http2.0上。
4. 不識(shí)別http2.0的代理服務(wù)器可以將請(qǐng)求降級(jí)到http1.x。

因?yàn)榭蛻舳撕蛃erver之間在確立使用http1.x還是http2.0之前，必須要要確認(rèn)對(duì)方是否支持http2.0，所以這里必須要有個(gè)協(xié)商的過程。最簡(jiǎn)單的協(xié)商也要有一問一答，客戶端問server答，即使這種最簡(jiǎn)單的方式也多了一個(gè)RTT的延遲，我們之所以要修改http1.x就是為了降低延遲，顯然這個(gè)RTT我們是無法接受的。google制定SPDY的時(shí)候也遇到了這個(gè)問題，他們的辦法是強(qiáng)制SPDY走h(yuǎn)ttps，在SSL層完成這個(gè)協(xié)商過程。ssl層的協(xié)商在http協(xié)議通信之前，所以是最適合的載體。google為此做了一個(gè)tls的拓展，叫NPN（Next Protocol Negotiation），從名字上也可以看出，這個(gè)拓展主要目的就是為了協(xié)商下一個(gè)要使用的協(xié)議。HTTP2.0雖然也采用了相同的方式，不過HTTP2.0經(jīng)過激烈的討論，最終還是沒有強(qiáng)制HTTP2.0要走ssl層，大部分瀏覽器廠商（除了IE）卻只實(shí)現(xiàn)了基于https的2.0協(xié)議。HTTP2.0沒有使用NPN，而是另一個(gè)tls的拓展叫ALPN（Application Layer Protocol Negotiation）。SPDY也打算從NPN遷移到ALPN了。

各瀏覽器（除了IE）之所以只實(shí)現(xiàn)了基于SSL的HTTP2.0，另一個(gè)原因是走SSL請(qǐng)求的成功率會(huì)更高，被SSL封裝的request不會(huì)被監(jiān)聽和修改，這樣網(wǎng)絡(luò)中間的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備就無法基于http1.x的認(rèn)知去干涉修改request，http2.0的request如果被意外的修改，請(qǐng)求的成功率自然會(huì)下降。

HTTP2.0協(xié)議沒有強(qiáng)制使用SSL是因?yàn)槁牭搅撕芏嗟姆磳?duì)聲音，畢竟https和http相比，在不優(yōu)化的前提下性能差了不少，要把https優(yōu)化到幾乎不增加延遲的程度又需要花費(fèi)不少力氣。IETF面對(duì)這種兩難的處境做了妥協(xié)，但大部分瀏覽器廠商（除了IE）并不買帳，他們只認(rèn)https2.0。對(duì)于app開發(fā)者來說，他們可以堅(jiān)持使用沒有ssl的http2.0，不過要承擔(dān)一個(gè)多余的RTT延遲和請(qǐng)求可能被破壞的代價(jià)。

3.1 HTTP2.0主要改動(dòng)

HTTP2.0作為新版協(xié)議，改動(dòng)細(xì)節(jié)必然很多，不過對(duì)應(yīng)用開發(fā)者和服務(wù)提供商來說，影響較大的就幾點(diǎn)。

新的二進(jìn)制格式（Binary Format）

http1.x誕生的時(shí)候是明文協(xié)議，其格式由三部分組成：start line（request line或者status line），header，body。要識(shí)別這3部分就要做協(xié)議解析，http1.x的解析是基于文本?；谖谋緟f(xié)議的格式解析存在天然缺陷，文本的表現(xiàn)形式有多樣性，要做到健壯性考慮的場(chǎng)景必然很多，二進(jìn)制則不同，只認(rèn)0和1的組合?；谶@種考慮http2.0的協(xié)議解析決定采用二進(jìn)制格式，實(shí)現(xiàn)方便且健壯。

有人可能會(huì)覺得基于文本的http調(diào)試方便很多，像firebug，chrome，charles等不少工具都可以即時(shí)調(diào)試修改請(qǐng)求。實(shí)際上現(xiàn)在很多請(qǐng)求都是走h(yuǎn)ttps了，要調(diào)試https請(qǐng)求必須有私鑰才行。http2.0的絕大部分request應(yīng)該都是走h(yuǎn)ttps，所以調(diào)試方便無法作為一個(gè)有力的考慮因素了。curl，tcpdump，wireshark這些工具會(huì)更適合http2.0的調(diào)試。

http2.0用binary格式定義了一個(gè)一個(gè)的frame，和http1.x的格式對(duì)比如下圖：

http2.0的格式定義更接近tcp層的方式，這張二機(jī)制的方式十分高效且精簡(jiǎn)。length定義了整個(gè)frame的開始到結(jié)束，type定義frame的類型（一共10種），flags用bit位定義一些重要的參數(shù)，stream id用作流控制，剩下的payload就是request的正文了。

雖然看上去協(xié)議的格式和http1.x完全不同了，實(shí)際上http2.0并沒有改變http1.x的語(yǔ)義，只是把原來http1.x的header和body部分用frame重新封裝了一層而已。調(diào)試的時(shí)候?yàn)g覽器甚至?xí)裩ttp2.0的frame自動(dòng)還原成http1.x的格式。具體的協(xié)議關(guān)系可以用下圖表示：

連接共享

http2.0要解決的一大難題就是多路復(fù)用（MultiPlexing），即連接共享。上面協(xié)議解析中提到的stream id就是用作連接共享機(jī)制的。一個(gè)request對(duì)應(yīng)一個(gè)stream并分配一個(gè)id，這樣一個(gè)連接上可以有多個(gè)stream，每個(gè)stream的frame可以隨機(jī)的混雜在一起，接收方可以根據(jù)stream id將frame再歸屬到各自不同的request里面。

前面還提到過連接共享之后，需要優(yōu)先級(jí)和請(qǐng)求依賴的機(jī)制配合才能解決關(guān)鍵請(qǐng)求被阻塞的問題。http2.0里的每個(gè)stream都可以設(shè)置又優(yōu)先級(jí)（Priority）和依賴（Dependency）。優(yōu)先級(jí)高的stream會(huì)被server優(yōu)先處理和返回給客戶端，stream還可以依賴其它的sub streams。優(yōu)先級(jí)和依賴都是可以動(dòng)態(tài)調(diào)整的。動(dòng)態(tài)調(diào)整在有些場(chǎng)景下很有用，假想用戶在用你的app瀏覽商品的時(shí)候，快速的滑動(dòng)到了商品列表的底部，但前面的請(qǐng)求先發(fā)出，如果不把后面的請(qǐng)求優(yōu)先級(jí)設(shè)高，用戶當(dāng)前瀏覽的圖片要到最后才能下載完成，顯然體驗(yàn)沒有設(shè)置優(yōu)先級(jí)好。同理依賴在有些場(chǎng)景下也有妙用。

header壓縮

前面提到過http1.x的header由于cookie和user agent很容易膨脹，而且每次都要重復(fù)發(fā)送。http2.0使用encoder來減少需要傳輸?shù)膆eader大小，通訊雙方各自cache一份header fields表，既避免了重復(fù)header的傳輸，又減小了需要傳輸?shù)拇笮?。高效的壓縮算法可以很大的壓縮header，減少發(fā)送包的數(shù)量從而降低延遲。

這里普及一個(gè)小知識(shí)點(diǎn)?，F(xiàn)在大家都知道tcp有slow start的特性，三次握手之后開始發(fā)送tcp segment，第一次能發(fā)送的沒有被ack的segment數(shù)量是由initial tcp window大小決定的。這個(gè)initial tcp window根據(jù)平臺(tái)的實(shí)現(xiàn)會(huì)有差異，但一般是2個(gè)segment或者是4k的大?。ㄒ粋€(gè)segment大概是1500個(gè)字節(jié)），也就是說當(dāng)你發(fā)送的包大小超過這個(gè)值的時(shí)候，要等前面的包被ack之后才能發(fā)送后續(xù)的包，顯然這種情況下延遲更高。intial window也并不是越大越好，太大會(huì)導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的阻塞，丟包率就會(huì)增加，具體細(xì)節(jié)可以參考IETF這篇文章。http的header現(xiàn)在膨脹到有可能會(huì)超過這個(gè)intial window的值了，所以更顯得壓縮header的重要性。

壓縮算法的選擇

SPDY/2使用的是gZIP壓縮算法，但后來出現(xiàn)的兩種攻擊方式BREACH和CRIME使得即使走ssl的SPDY也可以被破解內(nèi)容，最后綜合考慮采用的是一種叫HPACK的壓縮算法。這兩個(gè)漏洞和相關(guān)算法可以點(diǎn)擊鏈接查看更多的細(xì)節(jié)，不過這種漏洞主要存在于瀏覽器端，因?yàn)樾枰ㄟ^javascript來注入內(nèi)容并觀察payload的變化。

重置連接表現(xiàn)更好

很多app客戶端都有取消圖片下載的功能場(chǎng)景，對(duì)于http1.x來說，是通過設(shè)置tcp segment里的reset flag來通知對(duì)端關(guān)閉連接的。這種方式會(huì)直接斷開連接，下次再發(fā)請(qǐng)求就必須重新建立連接。http2.0引入RST_STREAM類型的frame，可以在不斷開連接的前提下取消某個(gè)request的stream，表現(xiàn)更好。

Server Push

Server Push的功能前面已經(jīng)提到過，http2.0能通過push的方式將客戶端需要的內(nèi)容預(yù)先推送過去，所以也叫“cache push”。另外有一點(diǎn)值得注意的是，客戶端如果退出某個(gè)業(yè)務(wù)場(chǎng)景，出于流量或者其它因素需要取消server push，也可以通過發(fā)送RST_STREAM類型的frame來做到。

流量控制（Flow Control）

TCP協(xié)議通過sliding window的算法來做流量控制。發(fā)送方有個(gè)sending window，接收方有receive window。http2.0的flow control是類似receive window的做法，數(shù)據(jù)的接收方通過告知對(duì)方自己的flow window大小表明自己還能接收多少數(shù)據(jù)。只有Data類型的frame才有flow control的功能。對(duì)于flow control，如果接收方在flow window為零的情況下依然更多的frame，則會(huì)返回block類型的frame，這張場(chǎng)景一般表明http2.0的部署出了問題。

Nagle Algorithm vs TCP Delayed Ack

tcp協(xié)議優(yōu)化的一個(gè)經(jīng)典場(chǎng)景是：Nagle算法和Berkeley的delayed ack算法的對(duì)立。http2.0并沒有對(duì)tcp層做任何修改，所以這種對(duì)立導(dǎo)致的高延遲問題依然存在。要么通過TCP_NODELAY禁用Nagle算法，要么通過TCP_QUICKACK禁用delayed ack算法。貌似http2.0官方建議是設(shè)置TCP_NODELAY。

更安全的SSL

HTTP2.0使用了tls的拓展ALPN來做協(xié)議升級(jí)，除此之外加密這塊還有一個(gè)改動(dòng)，HTTP2.0對(duì)tls的安全性做了近一步加強(qiáng)，通過黑名單機(jī)制禁用了幾百種不再安全的加密算法，一些加密算法可能還在被繼續(xù)使用。如果在ssl協(xié)商過程當(dāng)中，客戶端和server的cipher suite沒有交集，直接就會(huì)導(dǎo)致協(xié)商失敗，從而請(qǐng)求失敗。在server端部署http2.0的時(shí)候要特別注意這一點(diǎn)。

3.2 HTTP2.0里的負(fù)能量

SPDY和HTTP2.0之間的曖昧關(guān)系，以及google作為SPDY的創(chuàng)造者，這兩點(diǎn)很容易讓陰謀論者懷疑google是否會(huì)成為協(xié)議的最終收益方。這其實(shí)是廢話，google當(dāng)然會(huì)受益，任何新協(xié)議使用者都會(huì)從中受益，至于誰(shuí)吃肉，誰(shuí)喝湯看的是自己的本事。從整個(gè)協(xié)議的變遷史也可以粗略看出，新協(xié)議的誕生完全是針對(duì)業(yè)界現(xiàn)存問題對(duì)癥下藥，并沒有g(shù)oogle業(yè)務(wù)相關(guān)的痕跡存在，google至始至終只扮演了一個(gè)角色：you can you up。

HTTP2.0不會(huì)是萬金油，但抹了也不會(huì)有副作用。HTTP2.0最大的亮點(diǎn)在于多路復(fù)用，而多路復(fù)用的好處只有在http請(qǐng)求量大的場(chǎng)景下才明顯，所以有人會(huì)覺得只適用于瀏覽器瀏覽大型站點(diǎn)的時(shí)候。這么說其實(shí)沒錯(cuò)，但http2.0的好處不僅僅是multiplexing，請(qǐng)求壓縮，優(yōu)先級(jí)控制，server push等等都是亮點(diǎn)。對(duì)于內(nèi)容型移動(dòng)端app來說，比如淘寶app，http請(qǐng)求量大，多路復(fù)用還是能產(chǎn)生明顯的體驗(yàn)提升。多路復(fù)用對(duì)延遲的改變可以參考下這個(gè)測(cè)試網(wǎng)址。

HTTP2.0對(duì)于ssl的依賴使得有些開發(fā)者望而生畏。不少開發(fā)者對(duì)ssl還停留在高延遲，CPU性能損耗，配置麻煩的印象中。其實(shí)ssl于http結(jié)合對(duì)性能的影響已經(jīng)可以優(yōu)化到忽略的程度了，網(wǎng)上也有不少文章可以參考。HTTP2.0也可以不走ssl，有些場(chǎng)景確實(shí)可能不適合https，比如對(duì)代理服務(wù)器的cache依賴，對(duì)于內(nèi)容安全性不敏感的get請(qǐng)求可以通過代理服務(wù)器緩存來優(yōu)化體驗(yàn)。

3.3 HTTP2.0的現(xiàn)狀

HTTP2.0作為新版本的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議肯定需要一段時(shí)間去普及，但HTTP本身屬于應(yīng)用層協(xié)議，和當(dāng)年的網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議IPV6不同，離底層協(xié)議越遠(yuǎn)，對(duì)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)硬件設(shè)施的影響就越小。HTTP2.0甚至還特意的考慮了與HTTP1.x的兼容問題，只是在HTTP1.x的下面做了一層framing layer，更使得其普及的阻力變小。所以不出意外，HTTP2.0的普及速度可能會(huì)遠(yuǎn)超大部分人的預(yù)期。

Firefox 2015年在其瀏覽器流量中檢測(cè)到，有13%的http流量已經(jīng)使用了http2.0，27%的https也是http2.0，而且還處于持續(xù)的增長(zhǎng)當(dāng)中。一般用戶察覺不到是否使用了http2.0，不過可以裝這樣一個(gè)插件，安裝之后如果網(wǎng)站是http2.0的，在地址欄的最右邊會(huì)有個(gè)閃電圖標(biāo)。還可以使用這個(gè)網(wǎng)站來測(cè)試。對(duì)于開發(fā)者來說，可以通過Web Developer的Network來查看協(xié)議細(xì)節(jié)，如下圖：

其中Version：HTTP／2.0已經(jīng)很明確表明協(xié)議類型，F(xiàn)irefox還在header里面插入了X-Firefox-Spdy:“h2”，也可以看出是否使用http2.0。

Chrome在2015年檢測(cè)到的http2.0流量大概有18%。不過這個(gè)數(shù)字本來會(huì)更高，因?yàn)镃hrome現(xiàn)在很大一部分流量都在試驗(yàn)QUIC（google正在開辟的另一塊疆土）。Chrome上也可以使用類似的插件來判斷網(wǎng)站是否是使用http2.0。

4. 移動(dòng)端HTTP現(xiàn)狀

4.1 iOS下http現(xiàn)狀

iOS系統(tǒng)是從iOS8開始才通過NSURLSession來支持SPDY的，iOS9+開始自動(dòng)支持http2.0。實(shí)際上apple對(duì)http2.0非常有信心，推廣力度也很大。新版本ATS機(jī)制默認(rèn)使用https來進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)傳輸。APN（Apple Push Notifiction）在iOS9上也已經(jīng)是通過http2.0來實(shí)現(xiàn)的了。iOS9 sdk里的NSURLSession默認(rèn)使用http2.0，而且對(duì)開發(fā)者來說是完全透明的，甚至沒有api來知道到底是用的哪個(gè)版本的http協(xié)議。

對(duì)于開發(fā)者來說到底怎么去配置最佳的http使用方案呢？在我看來，因app而異，主要從兩方面來考慮：一是app本身http流量是否大而且密集，二是開發(fā)團(tuán)隊(duì)本身的技術(shù)條件。http2.0的部署相對(duì)容易很多，客戶端開發(fā)者甚至不用做什么改動(dòng)，只需要使用iOS9的SDK編譯即可，但缺點(diǎn)是http2.0只能適用于iOS9的設(shè)備。SPDY的部署相對(duì)麻煩一些，但優(yōu)點(diǎn)是可以兼顧iOS6+的設(shè)備。iOS端的SPDY可以使用twitter開發(fā)的CocoaSPDY方案，但有一點(diǎn)需要特別處理：

由于蘋果的TLS實(shí)現(xiàn)不支持NPN，所以通過NPN協(xié)商使用SPDY就無法通過默認(rèn)443端口來實(shí)現(xiàn)。有兩種做法，一是客戶端和server同時(shí)約定好使用另一個(gè)端口號(hào)來做NPN協(xié)商，二是server這邊通過request header智能判斷客戶端是否支持SPDY而越過NPN協(xié)商過程。第一種方法會(huì)簡(jiǎn)單一點(diǎn)，不過需要從框架層將所有的http請(qǐng)求都map到另一個(gè)port，url mapping可以參考我之前的一篇文章。twitter自己的網(wǎng)站twitter.com使用的是第二種方法。

瀏覽器端（比如Chrome），server端（比如nginx）都陸續(xù)打算放棄支持spdy了，畢竟google官方都宣布要停止維護(hù)了。spdy會(huì)是一個(gè)過渡方案，會(huì)隨著iOS9的普及會(huì)逐步消失，所以這部分的技術(shù)投入需要開發(fā)團(tuán)隊(duì)自己去衡量。

4.2 Android下http現(xiàn)狀

android和iOS情況類似，http2.0只能在新系統(tǒng)下支持，spdy作為過渡方案仍然有存在的必要。

對(duì)于使用webview的app來說，需要基于chrome內(nèi)核的webview才能支持spdy和http2.0，而android系統(tǒng)的webview是從android4.4（KitKat）才改成基于chrome內(nèi)核的。

對(duì)于使用native api調(diào)用的http請(qǐng)求來說，OKHttp是同時(shí)支持spdy和http2.0的可行方案。如果使用ALPN，okhttp要求android系統(tǒng)5.0+(實(shí)際上，android4.4上就有了ALPN的實(shí)現(xiàn)，不過有bug，知道5.0才正式修復(fù))，如果使用NPN，可以從android4.0+開始支持，不過NPN也是屬于將要被淘汰的協(xié)議。

結(jié)束語(yǔ)

以上是HTTP從1.x到SPDY，再到HTTP2.0的一些主要變遷技術(shù)點(diǎn)。HTTP2.0正處于逐步應(yīng)用到線上產(chǎn)品和服務(wù)的階段，可以預(yù)見未來會(huì)有不少新的坑產(chǎn)生和與之對(duì)應(yīng)的優(yōu)化技巧，HTTP1.x和SPDY也將在一段時(shí)間內(nèi)繼續(xù)發(fā)揮余熱。作為工程師，需要了解這些協(xié)議背后的技術(shù)細(xì)節(jié)，才能打造高性能的網(wǎng)絡(luò)框架，從而提升我們的產(chǎn)品體驗(yàn)。