HTTP/1.1 相比 HTTP/1.0 提高了什么性能?

针对 HTTP/1.1 的性能瓶颈,HTTP/2 做了什么优化?

HTTP/2 有哪些缺陷?HTTP/3 做了哪些优化?

HTTP/1.1 相比 HTTP/1.0 提高了什么性能?

HTTP 协议是基于 TCP/IP,并且使用了「请求 - 应答」的通信模式,所以性能的关键就在这两点里。

性能上的改进

1. 长连接

早期 HTTP/1.0 性能上的一个很大的问题,那就是每发起一个请求,都要新建一次 TCP 连接(三次握手),而且是串行请求,做了无畏的 TCP 连接建立和断开,增加了通信开销。

为了解决上述 TCP 连接问题,HTTP/1.1 提出了长连接的通信方式,也叫持久连接。这种方式的好处在于减少了 TCP 连接的重复建立和断开所造成的额外开销,减轻了服务器端的负载。

持久连接的特点是,只要任意一端没有明确提出断开连接,则保持 TCP 连接状态。

2. 管道(pipeline)网络传输

HTTP/1.1 采用了长连接的方式,这使得管道(pipeline)网络传输成为了可能。

即可在同一个 TCP 连接里面,客户端可以发起多个请求,只要第一个请求发出去了,不必等其回来,就可以发第二个请求出去,可以减少整体的响应时间。

举例来说,客户端需要请求两个资源。以前的做法是,在同一个 TCP 连接里面,先发送 A 请求,然后等待服务器做出回应,收到后再发出 B 请求。管道机制则是允许浏览器同时发出 A 请求和 B 请求。

但是服务器还是按照顺序,先回应 A 请求,完成后再回应 B 请求。要是 前面的回应特别慢,后面就会有许多请求排队等着。这称为「队头堵塞」。

HTTP/1.1 的性能瓶颈

  1. 请求 / 响应头部未经压缩就发送,首部信息越多延迟越大。只能压缩 Body 的部分。

  2. 发送冗长的首部。每次互相发送相同的首部造成的浪费较多。

  3. 服务器是按请求的顺序响应的,当顺序发送的请求序列中的一个请求因为某种原因被阻塞时,在后面排队的所有请求也一同被阻塞了,会招致客户端一直请求不到数据,这也就是「队头阻塞」。好比上班的路上塞车。

  4. 没有请求优先级控制

  5. 请求只能从客户端开始,服务器只能被动响应

针对 HTTP/1.1 的性能瓶颈,HTTP/2 做了什么优化?

HTTP/2 协议是基于 HTTPS 的,所以 HTTP/2 的安全性也是有保障的。
 

那 HTTP/2 相比 HTTP/1.1 性能上的改进:

1. 头部压缩

HTTP/2 会压缩头部(Header),如果你同时发出多个请求,他们的头是一样的或是相似的,那么,协议会帮你消除重复的部分

这就是所谓的 HPACK 算法:在客户端和服务器同时维护一张头信息表,所有字段都会存入这个表,生成一个索引号,以后就不发送同样字段了,只发送索引号,这样就提高速度了。

2. 二进制格式

HTTP/2 不再像 HTTP/1.1 里的纯文本形式的报文,而是全面采用了二进制格式。

头信息和数据体都是二进制,并且统称为帧(frame):头信息帧和数据帧。

这样虽然对人不友好,但是对计算机非常友好,因为计算机只懂二进制,那么收到报文后,无需再将明文的报文转成二进制,而是直接解析二进制报文,这增加了数据传输的效率。

3. 数据流

HTTP/2 的数据包不是按顺序发送的,同一个连接里面连续的数据包,可能属于不同的回应。因此,必须要对数据包做标记,指出它属于哪个回应。

每个请求或回应的所有数据包,称为一个数据流(Stream)。

每个数据流都标记着一个独一无二的编号,其中规定客户端发出的数据流编号为奇数, 服务器发出的数据流编号为偶数。

客户端还可以指定数据流的优先级。优先级高的请求,服务器就先响应该请求。

4. 多路复用

HTTP/2 是可以在一个连接中并发多个请求或回应,而不用按照顺序一一对应。

移除了 HTTP/1.1 中的串行响应,不需要排队等待,也就不会再出现「队头阻塞」问题,降低了延迟,大幅度提高了连接的利用率

举例来说,在一个 TCP 连接里,服务器收到了客户端 A 和 B 的两个请求,如果发现 A 处理过程非常耗时,于是就先回应 A 请求已经处理好的部分,接着回应 B 请求,完成后再回应 A 请求剩下的部分。

5. 服务器推送

HTTP/2 还在一定程度上改善了传统的「请求 - 应答」工作模式,服务器不再是被动地响应,也可以主动向客户端发送消息

举例来说,在浏览器刚请求 HTML 的时候,就提前把可能会用到的 JS、CSS 文件等静态资源主动发给客户端,减少延时的等待,也就是服务器推送(Server Push,也叫 Cache Push)。

HTTP/2 有哪些缺陷?HTTP/3 做了哪些优化?

HTTP/2 主要的问题在于:多个 HTTP 请求在复用一个 TCP 连接,下层的 TCP 协议是不知道有多少个 HTTP 请求的。

所以一旦发生了丢包现象,就会触发 TCP 的重传机制,这样在一个 TCP 连接中的所有的 HTTP 请求都必须等待这个丢了的包被重传回

  • HTTP/1.1 中的管道( pipeline)传输中如果有一个请求阻塞了,那么队列后请求也统统被阻塞住了。

  • HTTP/2 多请求复用一个 TCP 连接,一旦发生丢包,就会阻塞住所有的 HTTP 请求。

这都是基于 TCP 传输层的问题,所以 HTTP/3 把 HTTP 下层的 TCP 协议改成了 UDP!

UDP 发生是不管顺序,也不管丢包的,所以不会出现 HTTP/1.1 的队头阻塞 和 HTTP/2 的一个丢包全部重传问题。

大家都知道 UDP 是不可靠传输的,但基于 UDP 的 QUIC 协议 可以实现类似 TCP 的可靠性传输。

  • QUIC 有自己的一套机制可以保证传输的可靠性的。当某个流发生丢包时,只会阻塞这个流,其他流不会受到影响

  • TL3 升级成了最新的 1.3 版本,头部压缩算法也升级成了 QPack。

  • HTTPS 建立一个连接,要花费 6 次交互,先是建立三次握手,然后是 TLS/1.3 的三次握手。QUIC 直接把以往的 TCP 和 TLS/1.3 的 6 次交互合并成了 3 次,减少了交互次数

 
所以, QUIC 是一个在 UDP 之上的 TCP + TLS + HTTP/2 的多路复用的协议。

QUIC 是新协议,对于很多网络设备,根本不知道什么是 QUIC,只会当做 UDP,这样会出现新的问题。所以 HTTP/3 现在普及的进度非常的缓慢,不知道未来 UDP 是否能够逆袭 TCP。

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