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

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。

阅读全文