HTTP/1.1队首阻塞和HTTP/2优化

应用层的优化的方式很多，我知道的有浏览器上的优化，通常我们浏览一个HTML网页时，客户端向服务器端发送请求得到主页面，主页面上由很多元素组成，JS文件，CSS样式文件和各种音频图片等资源，等待服务器端发送HTTP或HTTPS响应，在接收到主页面响应后，开始进行页面布局，即构建DOM文档对象模型。页面构建完成后，客户端浏览器继续发送请求，获取页面上的子元素（CSS文件，图片音频等）进行页面渲染。由于一个页面上通常有多个子元素组成，所以客户端浏览器需要发送很多个请求来获取这些子元素，为了提高效率，HTTP/1.1版本上使用了一种管道技术来并行发送和处理多个请求。

 

HTTP/1.1管道技术

在HTTP/1.1版本上使用了一种叫Pipelining管道技术的方式，让客户端能够并行发送多个请求，服务器端也可以并行处理多个来自客户端的请求。在一个TCP连接中，发送多个HTTP请求，不需要等待服务器端对前一个请求的响应之后，再发送下一个请求。但是使用了管道技术的HTTP/1.1，根据HTTP/1.1的规则，服务器端在响应时，要严格按照接收请求的顺序发送，即先接收到的请求，需要先发送其响应，客户端浏览器也是如此，接收响应的顺序要按照自己发送请求的顺序来。举个例子，ajax请求，在客户端发送多个ajax请求，希望获得HTML页面中某一个元素，如果不按照发送请求的顺序来接收响应，第一个ajax请求响应时间因为时间长，而将后面的响应数据覆盖掉，页面数据显示混乱。

 

队首阻塞问题

总的来说，管道技术允许客户端和服务器端并行发送多个请求和响应，但是客户端接收响应的顺序要和自己发送请求的顺序对应，服务器端发送响应的顺序要和自己接收到的请求的顺序对应，这样做似乎没什么问题，看起来是不是“FIFO”先来先服务的方式，如果前面收到的一个请求，在服务器端处理的时间很长，生成响应需要很多时间，那么对于后面的已经处理完生成响应的请求来说，它们只能阻塞等待，等待前面的响应发送完后，自己才能被发送出去（即使该请求的响应已经生成），造成了“队首阻塞”问题。可见队首阻塞发生在服务器端，虽然服务器端并行接收了多个请求，也并行处理生成多个响应，但由于要遵守HTTP/1.1的规则，先接收到的请求需要先发送响应，造成了阻塞问题。

可能你会想到，一个TCP连接上发送请求和接收响应，由于HTTP/1.1的缘故会造成队首阻塞，那么一次建立多个TCP连接，不就可以一次下载更多的子元素，更快渲染出HTML页面。没错，建立多个TCP连接的确可以对上面的问题进行优化，但是建立多个TCP连接是十分耗费客户端和服务器端的资源的，每建立一个连接需要三次握手，1.5次RTT，在连接建立完后，长连接（或者叫连接复用）使得请求和响应完成后，连接不会立刻关闭，即使后面没有请求发送，服务器也必须维持着这么一些TCP连接，耗费不少服务器的资源。所以多个TCP连接的优化方式缺陷还是挺大的，最主要是耗费客户端和服务器端的资源。

      在HTTP/2里经过更好的改进和设计，解决了HTTP/1.1队首阻塞问题，其中总结了二进制分帧和并行处理方面，看看HTTP/2做了哪些优化工作。

 

HTTP/2优化

HTTP/2支持在一个TCP连接中并行发送多个请求和接收多个响应，无需等待，因为对HTTP消息进行二进制分帧的方式进行编码，客户端和服务器端之间的消息传递变成互不干扰的帧，可以交错发送，待接收完之后再组装成完整的消息。由此可见，在HTTP/2上客户端接收响应无需严格按照发送请求的顺序，服务器端发送响应也无需严格按照接收到请求的顺序，只要当前TCP连接可用，双方就可以互相发送消息。

二进制分帧

       与HTTP/1.1不同，HTTP/2将发送的消息由文本形式转换成了二进制数据流方式，也就是编码方式发生了改变。HTTP/2将消息帧编码成二进制格式，一条消息被拆分成多个帧，帧是最小的通信单位，

每个帧都有编号，这些二进制帧数据流到达另一端后再根据帧的编号进行组装。帧在客户端和服务器端的TCP连接上是双向传输的，以字节流的方式，互不干扰（因为编码和封装方式），可以交错发送，只要当前TCP连接可用，就可以发送请求和响应，消除了HTTP/1.1中请求和响应对应的关系，HTTP/1.1中一个TCP连接要严格按照顺序发送请求和接收响应，如果一个响应没有发送出去，那么后面的响应即使生成完毕，也必须等待。使用了HTTP/2进行通信，二进制分帧的方式使得请求和响应都是以数据流的方式并行发送，客户端和服务器端接收到数据流后，再根据帧的编号进行组装，得到完整的消息，以此解决队首阻塞问题。

并行处理

二进制分帧的方式还有一个好处就是能实现一个TCP连接的请求和响应复用，在一个连接上，客户端浏览器和服务器端可以不断向对方发送帧，一个请求或响应就是一个数据流，在每个流中交错发送帧给对方，即实现了并行处理。上面队首阻塞中的一个问题（或者说优化方案）是建立多个TCP连接来提升并行处理的能力，但是这种方式的缺点很明显，长连接的方式使得一直保持着多个TCP连接，会耗费客户端和服务器端的不少资源。在HTTP/2下将消息拆分成多个帧，以二进制编码交错发送，当客户端浏览器向服务器端发送数据流（一系列的帧）时，服务器也可以同时发送自己已生成的响应数据流，无需像HTTP/1.1那样请求与响应匹配，实现了并行发送多个交错请求和响应，之间互不干扰，并行处理，且只需在一个TCP连接上，减少资源负担。

到这里我已经把自己知道的HTTPS性能优化都总结了，上一篇日志是在网络层的优化，例如流量控制，启用慢启动。应用层优化的地方就很多了，长连接，多个TCP连接，队首阻塞问题和多个TCP连接耗费资源问题都在HTTP/2里得到解决，二进制分帧也提供了更好的并行处理。