33 | 我应该迁移到HTTP/2吗？

Aug 12, 2019

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33 | 我应该迁移到HTTP/2吗？

2019-08-12 Chrono 来自北京

《透视HTTP协议》

课程介绍

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讲述：Chrono

时长10:39大小12.18M

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这一讲是“飞翔篇”的最后一讲，而 HTTP 的所有知识也差不多快学完了。
前面你已经看到了新的 HTTP/2 和 HTTP/3 协议，了解了它们的特点和工作原理，如果再联系上前几天“安全篇”的 HTTPS，你可能又会发出疑问：
“刚费了好大的力气升级到 HTTPS，这又出了一个 HTTP/2，还有再次升级的必要吗？”
与各大浏览器“强推”HTTPS 的待遇不一样，HTTP/2 的公布可谓是“波澜不惊”。虽然它是 HTTP 协议的一个重大升级，但 Apple、Google 等科技巨头并没有像 HTTPS 那样给予大量资源的支持。
直到今天，HTTP/2 在互联网上还是处于“不温不火”的状态，虽然已经有了不少的网站改造升级到了 HTTP/2，但普及的速度远不及 HTTPS。
所以，你有这样的疑问也是很自然的，升级到 HTTP/2 究竟能给我们带来多少好处呢？到底“值不值”呢？
HTTP/2 的优点前面的几讲主要关注了 HTTP/2 的内部实现，今天我们就来看看它有哪些优点和缺点。
首先要说的是，HTTP/2 最大的一个优点是完全保持了与 HTTP/1 的兼容，在语义上没有任何变化，之前在 HTTP 上的所有投入都不会浪费。
因为兼容 HTTP/1，所以 HTTP/2 也具有 HTTP/1 的所有优点，并且“基本”解决了 HTTP/1 的所有缺点，安全与性能兼顾，可以认为是“更安全的 HTTP、更快的 HTTPS”。
在安全上，HTTP/2 对 HTTPS 在各方面都做了强化。下层的 TLS 至少是 1.2，而且只能使用前向安全的密码套件（即 ECDHE），这同时也就默认实现了“TLS False Start”，支持 1-RTT 握手，所以不需要再加额外的配置就可以自动实现 HTTPS 加速。
安全有了保障，再来看 HTTP/2 在性能方面的改进。
你应该知道，影响网络速度的两个关键因素是“带宽”和“延迟”，HTTP/2 的头部压缩、多路复用、流优先级、服务器推送等手段其实都是针对这两个要点。
所谓的“带宽”就是网络的传输速度。从最早的 56K/s，到如今的 100M/s，虽然网速已经是“今非昔比”，比从前快了几十倍、几百倍，但仍然是“稀缺资源”，图片、视频这样的多媒体数据很容易会把带宽用尽。
节约带宽的基本手段就是压缩，在 HTTP/1 里只能压缩 body，而 HTTP/2 则可以用 HPACK 算法压缩 header，这对高流量的网站非常有价值，有数据表明能节省大概 5%~10% 的流量，这是实实在在的“真金白银”。
与 HTTP/1“并发多个连接”不同，HTTP/2 的“多路复用”特性要求对一个域名（或者 IP）只用一个 TCP 连接，所有的数据都在这一个连接上传输，这样不仅节约了客户端、服务器和网络的资源，还可以把带宽跑满，让 TCP 充分“吃饱”。
这是为什么呢？
我们来看一下在 HTTP/1 里的长连接，虽然是双向通信，但任意一个时间点实际上还是单向的：上行请求时下行空闲，下行响应时上行空闲，再加上“队头阻塞”，实际的带宽打了个“对折”还不止（可参考第 17 讲）。
而在 HTTP/2 里，“多路复用”则让 TCP 开足了马力，“全速狂奔”，多个请求响应并发，每时每刻上下行方向上都有流在传输数据，没有空闲的时候，带宽的利用率能够接近 100%。所以，HTTP/2 只使用一个连接，就能抵得过 HTTP/1 里的五六个连接。
不过流也可能会有依赖关系，可能会存在等待导致的阻塞，这就是“延迟”，所以 HTTP/2 的其他特性就派上了用场。
“优先级”可以让客户端告诉服务器，哪个文件更重要，更需要优先传输，服务器就可以调高流的优先级，合理地分配有限的带宽资源，让高优先级的 HTML、图片更快地到达客户端，尽早加载显示。
“服务器推送”也是降低延迟的有效手段，它不需要客户端预先请求，服务器直接就发给客户端，这就省去了客户端解析 HTML 再请求的时间。
HTTP/2 的缺点说了一大堆 HTTP/2 的优点，再来看看它有什么缺点吧。
听过上一讲 HTTP/3 的介绍，你就知道 HTTP/2 在 TCP 级别还是存在“队头阻塞”的问题。所以，如果网络连接质量差，发生丢包，那么 TCP 会等待重传，传输速度就会降低。
另外，在移动网络中发生 IP 地址切换的时候，下层的 TCP 必须重新建连，要再次“握手”，经历“慢启动”，而且之前连接里积累的 HPACK 字典也都消失了，必须重头开始计算，导致带宽浪费和时延。
刚才也说了，HTTP/2 对一个域名只开一个连接，所以一旦这个连接出问题，那么整个网站的体验也就变差了。
而这些情况下 HTTP/1 反而不会受到影响，因为它“本来就慢”，而且还会对一个域名开 6~8 个连接，顶多其中的一两个连接会“更慢”，其他的连接不会受到影响。
应该迁移到 HTTP/2 吗？说到这里，你对迁移到 HTTP/2 是否已经有了自己的判断呢？
在我看来，HTTP/2 处于一个略“尴尬”的位置，前面有“老前辈”HTTP/1，后面有“新来者”HTTP/3，即有“老前辈”的“打压”，又有“新来者”的“追赶”，也就难怪没有获得市场的大力“吹捧”了。
但这绝不是说 HTTP/2“一无是处”，实际上 HTTP/2 的性能改进效果是非常明显的，Top 1000 的网站中已经有超过 40% 运行在了 HTTP/2 上，包括知名的 Apple、Facebook、Google、Twitter 等等。仅用了四年的时间，HTTP/2 就拥有了这么大的市场份额和巨头的认可，足以证明它的价值。
因为 HTTP/2 的侧重点是“性能”，所以“是否迁移”就需要在这方面进行评估。如果网站的流量很大，那么 HTTP/2 就可以带来可观的收益；反之，如果网站流量比较小，那么升级到 HTTP/2 就没有太多必要了，只要利用现有的 HTTP 再优化就足矣。
不过如果你是新建网站，我觉得完全可以跳过 HTTP/1、HTTPS，直接“一步到位”，上 HTTP/2，这样不仅可以获得性能提升，还免去了老旧的“历史包袱”，日后也不会再有迁移的烦恼。
顺便再多嘴一句，HTTP/2 毕竟是“下一代”HTTP 协议，它的很多特性也延续到了 HTTP/3，提早升级到 HTTP/2 还可以让你在 HTTP/3 到来时有更多的技术积累和储备，不至于落后于时代。
配置 HTTP/2假设你已经决定要使用 HTTP/2，应该如何搭建服务呢？
因为 HTTP/2“事实上”是加密的，所以如果你已经在“安全篇”里成功迁移到了 HTTPS，那么在 Nginx 里启用 HTTP/2 简直可以说是“不费吹灰之力”，只需要在 server 配置里再多加一个参数就可以搞定了。
server {
 listen 443 ssl http2;
 server_name www.xxx.net;
 ssl_certificate xxx.crt;
 ssl_certificate_key xxx.key;
注意“listen”指令，在“ssl”后面多了一个“http2”，这就表示在 443 端口上开启了 SSL 加密，然后再启用 HTTP/2。
配置服务器推送特性可以使用指令“http2_push”和“http2_push_preload”：
http2_push /style/xxx.css;
http2_push_preload on;
不过如何合理地配置推送是个难题，如果推送给浏览器不需要的资源，反而浪费了带宽。
这方面暂时没有一般性的原则指导，你必须根据自己网站的实际情况去“猜测”客户端最需要的数据。
优化方面，HTTPS 的一些策略依然适用，比如精简密码套件、ECC 证书、会话复用、HSTS 减少重定向跳转等等。
但还有一些优化手段在 HTTP/2 里是不适用的，而且还会有反效果，比如说常见的精灵图（Spriting）、资源内联（inlining）、域名分片（Sharding）等，至于原因是什么，我把它留给你自己去思考（提示，与缓存有关）。
还要注意一点，HTTP/2 默认启用 header 压缩（HPACK），但并没有默认启用 body 压缩，所以不要忘了在 Nginx 配置文件里加上“gzip”指令，压缩 HTML、JS 等文本数据。
应用层协议协商（ALPN）最后说一下 HTTP/2 的“服务发现”吧。
你有没有想过，在 URI 里用的都是 HTTPS 协议名，没有版本标记，浏览器怎么知道服务器支持 HTTP/2 呢？为什么上来就能用 HTTP/2，而不是用 HTTP/1 通信呢？
答案在 TLS 的扩展里，有一个叫“ALPN”（Application Layer Protocol Negotiation）的东西，用来与服务器就 TLS 上跑的应用协议进行“协商”。
客户端在发起“Client Hello”握手的时候，后面会带上一个“ALPN”扩展，里面按照优先顺序列出客户端支持的应用协议。
就像下图这样，最优先的是“h2”，其次是“http/1.1”，以前还有“spdy”，以后还可能会有“h3”。
服务器看到 ALPN 扩展以后就可以从列表里选择一种应用协议，在“Server Hello”里也带上“ALPN”扩展，告诉客户端服务器决定使用的是哪一种。因为我们在 Nginx 配置里使用了 HTTP/2 协议，所以在这里它选择的就是“h2”。
这样在 TLS 握手结束后，客户端和服务器就通过“ALPN”完成了应用层的协议协商，后面就可以使用 HTTP/2 通信了。
小结今天我们讨论了是否应该迁移到 HTTP/2，还有应该如何迁移到 HTTP/2。
HTTP/2 完全兼容 HTTP/1，是“更安全的 HTTP、更快的 HTTPS”，头部压缩、多路复用等技术可以充分利用带宽，降低延迟，从而大幅度提高上网体验；
TCP 协议存在“队头阻塞”，所以 HTTP/2 在弱网或者移动网络下的性能表现会不如 HTTP/1；
迁移到 HTTP/2 肯定会有性能提升，但高流量网站效果会更显著；
如果已经升级到了 HTTPS，那么再升级到 HTTP/2 会很简单；
TLS 协议提供“ALPN”扩展，让客户端和服务器协商使用的应用层协议，“发现”HTTP/2 服务。
课下作业
和“安全篇”的第 29 讲类似，结合自己的实际情况，分析一下是否应该迁移到 HTTP/2，有没有难点？
精灵图（Spriting）、资源内联（inlining）、域名分片（Sharding）这些手段为什么会对 HTTP/2 的性能优化造成反效果呢？
欢迎你把自己的学习体会写在留言区，与我和其他同学一起讨论。如果你觉得有所收获，也欢迎把文章分享给你的朋友。

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精选留言(22)

我行我素
2019-08-12
2.因为HTTP/2中使用小颗粒化的资源，优化了缓存，而使用精灵图就相当于传输大文件，但是大文件会延迟客户端的处理执行，并且缓存失效的开销很昂贵，很少数量的数据更新就会使整个精灵图失效，需要重新下载(http1中使用精灵图是为了减少请求)； HTTP1中使用内联资源也是为了减少请求，内联资源没有办法独立缓存，破坏了HTTP/2的多路复用和优先级策略；域名分片在HTTP1中是为了突破浏览器每个域名下同时连接数，但是这在HTTP/2中使用多路复用解决了这个问题，如果使用域名分片反而会限制HTTP2的自由发挥
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作者回复: 回答的非常好。
共 2 条评论
51
前端西瓜哥
2019-08-13
课下作业的第二题的个人理解。问：精灵图（Spriting）、资源内联（inlining）、域名分片（Sharding）这些手段为什么会对 HTTP/2 的性能优化造成反效果呢？答：主要是缓存和请求速度的原因。使用 HTTP/2 后，请求就可以做到乱序收发、多路复用。 1. 图片就算很多，在 HTTP/2 也可以做到 “并发”。使用了精灵图的话，首先文件变大了，在 HTTP/2 中相比分开请求要更慢，而且不利于缓存（比如修改了其中几个图片）。 2. 资源内联，是指将一个资源作为另一个资源的一部分，使二者作为一个整体的资源来请求，比如 HTML 文件里嵌入 base64 的图片，该方案是为了减少 HTTP/1 下的请求数，加快网页响应时间。HTTP/2 不存在网页加载变慢的情况，而且不内联的话，能更好地发挥缓存的优势（比如图片是固定的，但 HTML 是动态的）。 3. 域名分片。这个不是很懂，老师在本文也说到： “HTTP/2 对一个域名只开一个连接，所以一旦这个连接出问题，那么整个网站的体验也就变差了”。这么来说，域名分片建立多个连接，貌似就可以解决这个问题？如果不考虑这个问题的话，因为多路复用的原因，就算多了一个连接，也只是变成了两个多路复用，并没有提高多少效率，倒不是很有必要，而且代码实现也会比较麻烦。
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作者回复: 回答的很好。对于第三点，域名分片对于http/2会增加连接成本、HPack字典、慢启动等多个不利因素，所以应该少用。最后的综合篇还会再讲一下。
共 2 条评论
16
丶景
2019-08-13
老师这么理解有错吗？ http1 最好把多个请求合成一个请求（比如精灵图，资源内联，域名分片等），原因是 http1 存在 http 的队头阻塞，每次发送新的请求都又需要带上没有压缩的请求头，DNS及时有缓存也需要查找，而且有时候会被清空。http2 某些情况比如精灵图，资源内联就不需要合成一个请求，因为 http2 是基于流和帧的，没有了 http1 的队头阻塞，可以并发多个请求，而且 http2 的请求头使用了 hpage 压缩算法，下一次请求时请求头的长度会非常短（比如 65 一个数字就能表示以前的一长串 UA）。而且还加入了服务器推送，服务器会预先把可能需要的资源先推送给你。如果还是使用一个请求，可能会因为只更新一点点资源而更新整个缓存（比如更新精灵图或资源内联其中的一小部分）。
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作者回复: 基本正确。 http/1的问题一个是队头阻塞，另一个是报文头数据冗余，多个小请求会浪费带宽，所以资源合并、内联就很有必要。
9
许童童
2019-08-12
分析一下是否应该迁移到 HTTP/2，有没有难点？从慢、贵、难三个角度来分析速度快，免费，部署简单，具体分析过程就不写了，我觉得应该立即迁移到 HTTP/2。精灵图（Spriting）、资源内联（inlining）、域名分片（Sharding）这些手段为什么会对 HTTP/2 的性能优化造成反效果呢？精灵图、资源内联可以减少HTTP请求数但加大单个请求的大小、域名分片为了突破与同一域名最多建立6个连接的限制，HTTP/2使用流并发请求响应多个资源，完全不需要此优化，相反还会多建立TCP连接浪费资源。
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作者回复: 迁移到http/2还需要考虑运维、部署等成本，技术上的难度倒是不大。
6
阿锋
2019-08-12
HTTP/1 里实现了长连接，为啥还会对一个域名开 6~8 个连接，是不是http为了解决http自身的对头阻塞，不要让http等待完响应之后，才发出下一个请求，而打开多个连接？这些打开了的连接会得到重复利用，就是一段时间内不会关闭？这样才会比HTTP（短连接）高效？可以解析一下内联资源，域名分片，什么意思？
作者回复: 1.可以参考一下第17讲，里面解释了域名分片。 2.资源内联，就是把比较小的图片、js等资源编码成base64，以文本的形式嵌入进html，这样通过一次请求就可以下载到更多的数据。
3
看，有只猪
2019-10-28
老师，我还有一个问题，既然通过ALPN协商了通信采用的协议，那建立好TLS连接后，后续操作直接采用HTTP2即可，为什么还需要发送Magic呢
作者回复: 是的，这个magic的确是显得有点“多余”，但协议标准里就是这么规定的，只能遵守。在rfc里，对这个的说明是对协议的最终确认，相当于是一个简单的校验机制，也可以理解成是正式收发数据前的“握手”，确认是http/2而不是其他的协议。
2
ifelse
2023-02-04 来自浙江
看了下tmall.com，协议写的是https
作者回复: good
1
球魁
2022-03-22
老师你好，目前我们团队正在尝试升级HTTP/2协议，考虑到原域名下有很多其它团队的接口服务，我们使用一个新的域名来升级HTTP/2，然后把接口逐步迁移过去。最近打算迁移一个流量很大的接口大概2000qps，前期对其做了5%小流量实验，但是结果很不理想，性能并没有提升反而劣化了。跑了一下每个阶段的耗时，发现服务端耗时大概有15-20ms的下降（接口平均耗时900ms），tcp有10ms的下降，ssl也有5-10ms的下降，请问有什么好的优化升级建议嘛？
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作者回复: 我是做研发的，对于这种比较复杂的应用场景没有太多实际经验，还是得根据自己的情况去摸索，不太可能给出普适的解决方案，抱歉了。
1
明月
2020-04-08
精灵图、资源内联在http2效果不好终极原因也还是http2只能建立一个连接这样一个大文件传输会占用这唯一的连接缓存失效后又要更新占用这个连接更新资源我理解的对吗
作者回复: 不完全对。http/2传输大文件不是问题，问题在于这一个大文件里包含了很多的小文件，缓存失效后重传会浪费带宽，不划算。这个与连接没有关系，http/2在一个连接上可以开多个流，不是独占传输数据的。
共 2 条评论
1
看，有只猪
2019-10-27
老师，请问我对服务发现的理解对吗？针对加密版本的HTTP/2，客户端需要`Client Hello`的`ALPN`中添加支持的协议，由服务器选择，服务器也通过`ALPN`告知客户端后续通信采用的协议。非加密版本的HTTP/1中，客户端建立TCP连接后，将发送Magic。服务器识别到后，后续通信采用HTTP/2。
作者回复: 加密版本你理解的是正确的。对于非加密版本，http/2要求使用upgrade机制升级到http/2，步骤比alpn要复杂一些，可以参考rfc。
1
Luke
2019-09-03
TCP 协议存在“队头阻塞”，所以 HTTP/2 在弱网或者移动网络下的性能表现会不如 HTTP/1；老师，HTTP/1，HTTP/2都是基于TCP协议的，在同样“队头阻塞”的情况下，为什么HTTP/1的性能要优于HTTP/2 ？
作者回复: http/1开多个连接，而http/2只有一个连接，弱网下多个连接显然要比一个连接的传输效果好。
共 2 条评论
1
👻 小二
2019-08-23
有一点我不明白， http2只有一条连接，那在多线程并发时，应该需要锁吧，也就是同一瞬间只能一个写入，多几条连接，不是能并发吗？还是说网卡层同一瞬间也只能处理一个写的请求，所以并不并发都没关系。不过在tcp层面上的队头阻塞还是有关系的吧，多开一个连接，就不会都阻塞住了如果有多个网卡呢？
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作者回复: 1.在http/2协议里没有操作系统线程的概念，应用发送数据需要自己处理socket的并发读写，但数据写入socket后就会由http/2自己分帧管理，实现多路复用。 2.http/2用一个连接能够实现最佳性能，可以省去连接、慢启动等成本，当然因为tcp层有队头阻塞，所以在网络质量差时会有性能损失。 3.多个网卡就是多个ip地址，就可以开多个连接，但每个http/2连接就会重建hpack动态表、慢启动，效率会低一点。
1
路边的猪
2023-02-13 来自辽宁
为什么在使用http2的时候不可以在一个网站内多开几个tcp连接，这岂不是更高效
作者回复: 当然可以，但效果不一定好，因为每个tcp连接都会重建字典，会浪费，而且http/2有了多路复用，传输效率高很多。
Geek_0e3b40
2022-12-09 来自北京
老师，请教一个关于http/2的问题：如果客户端向服务端同时发起多个请求，那服务端收到请求的顺序会和客户端发起的顺序一样吗？
作者回复: 同一个流里的请求是顺序的，不同流是乱序的。
Geek_8476da
2022-09-02 来自北京
学习http到最好好的方法应该是实践！！！
作者回复: great
fmouse
2022-01-22
老师好，对于 HTTP/2 的“服务发现”用 TLS 的扩展里“ALPN”。在《30｜时代之风（上）：HTTP/2特性概览》提到“在 HTTP/2 标准制定的时候（2015 年）已经发现了很多 SSL/TLS 的弱点，而新的 TLS1.3 还未发布。” TLS1.2+的时候已经支持扩展特性了是吗。
作者回复: 是的，可以去看rfc。
路漫漫
2021-11-25
老师，http2 多开几个连接，岂不是很厉害吗，为啥要限制一个，之前还6-8个呢？
作者回复: 因为一个http/2连接的传输效率已经很高了，再多的连接反而会浪费资源，虽然理论上说会增加传输能力，但综合性价比不高。
Unknown element
2021-08-13
老师课外小贴士第四条connection：upgrade应该是明文的http 1携带的字段吧升级到HTTP2之前客户端和服务器不应该是通过HTTP1通信吗
作者回复: 是的，明文的http/2就只能从http/1升级。
hao
2021-06-05
精灵图（Spriting）、资源内联（inlining）、域名分片（Sharding）这些手段为什么会对HTTP/2的性能优化造成反效果呢？ - 精灵图（Spriting）和资源内联（inlining）减少了请求数但增加了每次请求的报文大小，但 `不利于缓存`（精灵图中某个图标改动就要重新请求整个精灵图，资源内联同理） > 资源内联：内嵌css 、js等资源 - 对于HTTP/1来说，因为它存在 `队头阻塞` ，所以将多个小的 `资源合并` 可以有效的缓解这种情况的出现 - 但对于HTTP/2来说，它已经引入了流的概念实现了基于单个TCP连接的多路复用，也就是说解决了 `HTTP的队头阻塞`，它不需要通过资源合并来缓解 - 域名分片是指利用多个域名和同一个IP地址建立TCP连接，巧妙地避开了浏览器对并发连接数的限制 - 对于HTTP/1来说，因为它没有 `多路复用` ，所以这样能很好的缓解因为 `丢包重发` 而导致的 `队头阻塞` - 但对于HTTP/2来说，多建立的TCP连接完全是浪费资源（两端的静态表和动态表，TCP连接的成本等）
展开
作者回复: great。
钱
2020-04-04
迁移到HTTP/2感觉成本小收益高，好像没有什么理由不迁移一下，除了弱网环境下性能差一些，是否还有什么不利影响呢？或者不想改变也是一种原因，谁知道新东西是否有什么坑呢？
作者回复: 协议本身很好，但相关的运维、测试、兼容成本必须要考虑。

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