HTTP/2深入学习-阿里云开发者社区

一、HTTP/2背景

HTTP/2即超文本传输协议，是下一代HTTP协议。是由互联网工程任务组（IETF）的Hypertext Transfer Protocol Bis (httpbis)工作小组进行开发。是自1999年http1.1发布后的首个更新。HTTP 2.0在2013年8月进行首次合作共事性测试。在开放互联网上HTTP/2将只用于https://网址，而 http://网址将继续使用HTTP/1，目的是在开放互联网上增加使用加密技术，以提供强有力的保护去遏制主动攻击。HTTP/2以 Google的SPDY/2 为基础开发，实现异步连接多路复用、头部压缩、请求/响应管线化等目标。
这里写图片描述

二、HTTP/2特性

1.二进制传输

HTTP/2 采用二进制格式传输数据，而非 HTTP/1.x 的文本格式。二进制格式在协议的解析和优化扩展上带来更多的优势和可能

2.消息头压缩

HTTP/2 对消息头采用 HPACK 进行压缩传输，能够节省消息头占用的网络的流量。不像 HTTP/1.x 每次请求，都会携带大量冗余头信息，浪费了很多带宽资源。头压缩能够很好的解决该问题

3.多路复用

HTTP/1.x 有个问题叫队头堵塞,它是指一个连接(connection)一次只提交一个请求的效率比较高, 多了就会变慢,在应对并发的时候，往往客户端必须通过创建连接池实现，而HTTP/2 复用TCP连接，在一个连接里，客户端和浏览器都可以同时发送多个请求或回应，而且不用按照顺序一一对应，这样就避免了”队头堵塞”

4.服务推送

当连接创建时，服务端也能够更快的把资源主动推送给客户端。例如服务端可以主动把 JS 和 CSS 文件推送给客户端，而不需要客户端解析 HTML 再发送这些请求

5.流量控制

HTTP/2上面每个流都拥有自己的公示的流量窗口，它可以限制另一端发送数据。对于每个流来说，两端都必须告诉对方自己还有更多的空间来接受新的数据，而在该窗口被扩大前，另一端只被允许发送这么多数据

三、HTTP/2连接过程

这里写图片描述
上图详细展示了客户端和服务端采用HTTP/2协议通信整个过程，包括创建连接、发送接受消息、结束。为了说明上述流程我们先来了解流（Stream）、消息（Message）和帧（Frame）

Stream 处于一个连接中的双向二进制数据流，可以包含一个或者多个 Message。
Message 一个完整的请求或者响应，包含多个 Frame 序列。
Frame HTTP/2 通讯中的最小传输单位，至少含有一个 Frame header，能够表示它属于哪一个 Stream。

1.首先客户端会发一个字符串(PRI * HTTP/2.0)到服务端，表示即将要通过HTTP/2来通信
2.接着客户端发送SETTINGS帧给服务端，服务端收到后也会返回SETTINGS帧
3.客户端会发送流控给服务端，同样服务端会返回。
4.最终客户端会发送SETTINGS帧确认ack=true给服务端，同样服务端也会返回ack=true,到此通道创建完成
5.客户端发送消息请求的时候，分HEADERS和DATA帧发送,并且帧里面带有streamId来辨别是哪个消息，同样服务端也会返回HEADERS和DATA帧，带有客户端请求过来的streamId
6.关闭连接发送GO_AWAY帧

四、HTTP/2基石frame

1.frame结构

Frame 是 HTTP/2 二进制格式的基础，基本可以把它理解为它 TCP 里面的数据包一样。HTTP/2 之所以能够有如此多的新特性，正是因为底层数据格式的改变，其格式如下。
这里写图片描述
帧包括以下字段(从左往右):
payloadLength(负载长度3byte)+type(frame类型1byte)+flags(标志位1byte)+streamId(消息id3byte)+framePayload(负载内容payloadLength/byte)

eg.一串二进制数据 00 00 00 04 01 00 00 00 00

我们可以分析出它的负载长度0,帧的类型是4代表SETTINGS帧，标志为1表示true,streamId为0，表示是创建连接时候的SETTINGS 帧内容ack=true

注意:关于帧长度，需要稍加关注： - 0 ~ 2^14（16384）为默认约定长度，所有端点都需要遵守 - 2^14 (16,384) ~ 2^24-1(16,777,215)此区间数值，需要接收方设置SETTINGS_MAX_FRAME_SIZE参数单独赋值 - 一端接收到的帧长度超过设定上限或帧太小，需要发送FRAME_SIZE_ERR错误 - 当帧长错误会影响到整个连接状态时，须以连接错误对待之；比如HEADERS，PUSH_PROMISE，CONTINUATION，SETTINGS，以及帧标识符不该为0的帧等，都需要如此处理 - 任一端都没有义务必须使用完一个帧的所有可用空间 - 大帧可能会导致延迟，针对时间敏感的帧，比如RST_STREAM, WINDOW_UPDATE, PRIORITY，需要快速发送出去，以免延迟导致性能等问题

2.SETTINGS

设置帧frame type=4，接收者向发送者通告己方设定，服务器端在连接成功后必须第一个发送的帧。

字段Identifier定义了如下参数： - SETTINGS_HEADER_TABLE_SIZE (0x1)，通知接收者报头表的字节数最大值，报头块解码使用；初始值为4096个字节，默认可不用设置 - SETTINGS_ENABLE_PUSH (0x2)，0：禁止服务器推送，1：允许推送；其它值非法，PROTOCOL_ERROR错误 - SETTINGS_MAX_CONCURRENT_STREAMS (0x3)，发送者允许可打开流的最大值，建议值100，默认可不用设置；0值为禁止创建新流 - SETTINGS_INITIAL_WINDOW_SIZE (0x4)，发送端流控窗口大小，默认值2^16-1 (65,535)个字节大小；最大值为2^31-1个字节大小，若溢出需要报FLOW_CONTROL_ERROR错误 - SETTINGS_MAX_FRAME_SIZE (0x5)，单帧负载最大值，默认为2^14（16384）个字节，两端所发送帧都会收到此设定影响；值区间为2^14（16384）-2^24-1(16777215) - SETTINGS_MAX_HEADER_LIST_SIZE (0x6)，发送端通告自己准备接收的报头集合最大值，即字节数。此值依赖于未压缩报头字段，包含字段名称、字段值以及每一个报头字段的32个字节的开销等；文档里面虽说默认值不受限制，因为受到报头集合大小不限制的影响，个人认为不要多于2 SETTINGS_MAX_FRAME_SIZE（即2^142=32768），否则包头太大，隐患多多

标志位： * ACK (0x1)，表示接收者已经接收到SETTING帧，作为确认必须设置此标志位，此时负载为空，否则需要报FRAME_SIZE_ERROR错误

3.WINDOW_UPDATE

流量控制帧frame type=8,流量控制帧，作用于单个流以及整个连接，但只能影响两个端点之间传输的DATA数据帧

字段列表： - Window Size Increment，31个比特位无符号自然数，范围为1-2^31-1（2,147,483,647）个字节数，表明发送者可以发送的最大字节数，以及接收者可以接收到的最大字节数。

4.HEADERS

头帧frame type=1，报头主要载体，请求头或响应头，同时呢也用于打开一个流，在流处于打开"open"或者远程半关闭"half closed (remote)"状态都可以发送。

字段列表： - Pad Length：受制于PADDED标志控制是否显示，8个比特表示填充的字节数。 - E：一个比特表示流依赖是否专用，可选项，只在流优先级PRIORITY被设置时有效 - Stream Dependency：31个比特表示流依赖，只在流优先级PRIORITY被设置时有效 Weight：8个比特（一个字节）表示无符号的自然数流优先级，值范围自然是(1~256)，或称之为权重。只在流优先级PRIORITY被设置时有效 - Header Block Fragment：报头块分片 - Padding：填充的字节，受制于PADDED标志控制是否显示，长度由Pad Length字段决定

所需标志位： END_STREAM (0x1): 报头块为最后一个，意味着流的结束。后续可紧接着CONTINUATION帧在当前的流中，需要把CONTINUATION帧作为HEADERS帧的一部分对待 END_HEADERS (0x4): 此报头帧不需分片，完整的一个帧。后续不再需要CONTINUATION帧帮忙凑齐。若没有此标志的HEADER帧，后续帧必须是以CONTINUATION帧传递在当前的流中，否则接收者需要响应PROTOCOL_ERROR类型的连接错误。 PADDED (0x8): 需要填充的标志 PRIORITY (0x20): 优先级标志位，控制独立标志位E，流依赖，和流权重。

5.DATA

数据帧 frame type=0

字段： Pad Length: 一个字节表示填充的字节长度。取决于PADDED标志是否被设置. Data: 这里是应用数据，真正大小需要减去其他字段（比如填充长度和填充内容）长度。 * Padding: 填充内容为若干个0x0字节，受PADDED标志控制是否显示。接收端处理时可忽略验证填充内容。若验证，可以对非0x0内容填充回应PROTOCOL_ERROR类型连接异常。

标志位： END_STREAM (0x1): 标志此帧为对应标志流最后一个帧，流进入了半关闭/关闭状态。 PADDED (0x8): 负载需要填充，Padding Length + Data + Padding组成。

6.PUSH_PROMISE

服务端推送消息帧 frame type=5

字段列表： - Promised Stream ID，31个比特表示无符号的自然数，为推送保留的流标识符，后续适用于发送推送数据 - Header Block Fragment，请求头部字段值，可看做是服务器端模拟客户端发起一次资源请求

标志位： END_HEADERS（0x4/00000010），此帧包含完整的报头块，不用后面跟随CONTINUATION帧了 PADDED（0x8/00000100），填充开关，决定了下面的Pad Length和Padding是否要填充，具体和HEADERS帧内容一致

7.GOAWAY

连接关闭帧 frame type=7，一端通知对端较为优雅的方式停止创建流。

五、其它

与HTTP/1比较:
这里写图片描述
目前支持的容器与框架:netty、grpc、tomcat9、nginx

展望未来:HTTP/2定稿不久，但是其发展速度惊人，因为有众多优越的特性，还有Google作为强有力的推手，相信未来互联网应用HTTP/2将会取代HTTP/1

下面是官方给的一个HTTP/1和HTTP/2例子
https://http2.akamai.com/demo

资料:
https://github.com/fex-team/http2-spec/blob/master/HTTP2%E4%B8%AD%E8%8B%B1%E5%AF%B9%E7%85%A7%E7%89%88%2806-29%29.md
http://www.cnblogs.com/ghj1976/p/4552583.html
http://www.blogjava.net/yongboy/archive/2015/03/20/423655.html

HTTP/2深入学习

目录