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HTTP/2 协议详解

引言

HTTP/2 是 HTTP/1.x 的升级版，它通过引入二进制分帧、多路复用流等机制显著提升了网络性能。然而，在深入理解 HTTP/2 之前，我们需要回顾 HTTP/1.x 的基本机制及其局限性。

HTTP/1.x 简介

HTTP/1.x 是一个明文协议，其请求和响应全部以文本形式传输。例如，一个典型的 HTTP 请求如下：

GET / HTTP/1.1Host: jiajunhuang.com

服务器可能返回一个类似的响应：

HTTP/1.1 101 Switching ProtocolsConnection: UpgradeUpgrade: h2c

特性解释

• 明文协议：所有内容都是可读字符，而非二进制数据。
• 客户端与服务器：浏览器通常作为客户端，服务器生成网页内容。
• 请求与响应：包含方法（如 GET、POST）、目标路径和协议版本。
• 头部和状态码：头部是键值对描述，状态码如 200 表示成功。

HTTP/1.x 的流程问题

HTTP/1.x 每次请求都建立独立的 TCP 连接，导致高延迟和资源浪费。例如，浏览页面时，每个静态资源都需要单独连接，导致 32 个资源下载需要 32 秒。

局限性

• 多个连接：浏览器通常最多开启 6 个连接，资源下载时间过长。
• 重复头部：每个请求中头部重复，资源浪费。
• keep-alive：即便开启 keep-alive，TCP 连接利用率仍低。

HTTP/2 简介

HTTP/2 架构提高了性能，主要通过以下特性：

• 二进制协议：使用帧传输，而非明文。
• 多路复用流：同一连接下同时传输多个请求/响应。
• 流级别优先：通过依赖关系优先传输高重要性资源。

二进制分帧

HTTP/2 社区意识到 HTTP/1.x 解析效率低下，通过分帧优化：

• 帧结构：帧包含长度、类型、标志位和流ID。

  +----------------+| Length (24)   |+----------------+| Type (8)     |+----------------+| Flags (8)    |+----------------+| R (1)       |+----------------+| Stream ID (31)|+----------------+| Payload (...) |+----------------+

• 帧类型：如 HEADERS、PUSH_PROMISE、DATA 等。

举例

HTTP/2 请求可能如下：

[:length=24 bytes]Type: 0x00000000 (数据帧)Flags: 0x00000000Stream ID: 1Payload: 本次请求的内容

流的概念

流是 HTTP/2 的核心，通过唯一流ID区分不同请求/响应。

流ID生成

客户端和服务器各占用奇数和偶数流ID，确保不冲突。

流状态

流状态包括 idle、open、closed 等，状态转换由帧类型决定。

流优先级

流可以定义依赖关系和优先级，例如：

A --> B(C)

B 依赖 A，C 依赖 B，优先级可通过权重调整。

流控制与错误处理

• 流控制：通过 WINDOW_UPDATE 帧管理连接和流的带宽。
• 错误处理：HTTP/2 定义了两种错误类型：流错误和连接错误。

技术细节

头部压缩

HTTP/2 采用压缩算法（如 Huffman）压缩头部，提升效率。

SETTINGS命令

SETTINGS 用于自定义连接参数，如最大帧大小。

如何与 HTTP/1.x 兼容

从 HTTP/1.x 升级：

GET / HTTP/1.1Host: server.example.comConnection: UpgradeUpgrade: h2c

参考资料

• [RFC 7541] - HTTP/2 规范
• [RFC 7540] - HTTP/2 协商流程

通过以上改进，HTTP/2 在性能、资源利用和扩展性上显著提升。

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