【每日一题NO.78】你了解HTTP2.0的多路复用么？

目录：

• 多路复用

• HTTP2.0的特点：

• 帧和流

• 帧(frame)

• 流(stream)

• HTTP请求 发展历程

• 1、多个 TCP 连接

• 2、keep-alive

• 3、管线化

• 4、多路复用

多路复用

多路复用就是在一个 TCP 连接中可以存在多条流，也就是可以发送多个请求，代替了原来的序列和阻塞机制，使得同一域名下的所有请求都可以在一个 TCP 链接上完成。因此，TCP的处理效率得到提高，同时也很好的解决了浏览器限制同一域名下的请求数量问题。

在 HTTP2.0 中，有了 二进制分帧 之后，HTTP2.0 不再依赖 TCP 链接去实现多流并行了。

HTTP2.0的特点：

1. 同域名下所有通信都在单个连接上完成，同个域名只需要占用 一个 TCP 连接，使用一个连接并行发送多个请求和响应（多路复用）

2. 单个连接可以承载任意数量的 双向数据流，单个连接上可以并行交错的请求和响应，之间互不干扰

3. 数据流以 消息 的形式发送，而消息又由一个或多个 帧 组成，多个帧之间可以 乱序 发送，因为根据帧首部的流标识可以 重新组装 。每个请求都可以带一个 31bit 的优先值，0 表示最高优先值，数值越大优先级越低

有了这些特点，HTTP2.0对比HTTP1.x具有应用速度更快、开发更简单、部署成本更低^[1] 等优点

帧和流

在 HTTP2.0 中，有两个非常重要的概念：帧 和 流

帧(frame)

帧：是HTTP2.0 中数据传输的最小单位。因此帧不仅要细分表达 HTTP1.x 中的各个部分，也优化了 HTTP1.x 表达不好的地方，同时还增加了 HTTP1.x 表达不了的方式。

每一帧都包含几个字段：length、type、flags、stream identifier、frame playload等等。

其中 type 代表帧的类型，在 HTTP2 的标准中定义了 10 种类型。

1. HEADERS frame
2. DATA frame
3. PRIORITY (设置流的优先级)
4. RST_STREAM (终止流)
5. SETTINGs (设置此连接的参数)
6. PUSH_PROMISE (服务器推送)
7. PING (测量RTT)
8. GOAWAY (终止连接)
9. WINDOW_UPDATE (流量控制)
10. CONTINUATION (继续传输头部数据)

在 HTTP2.0 中，它把数据包的两大部分分成了 header frame 和 data frame，也就是 头部帧 和 数据体帧。

流(stream)

流：存在于连接中的一个虚拟通道。流可以承载双向消息，每个流都有一个唯一的整数 ID。

HTTP2.0 长连接中的数据是不按请求响应顺序发送的，一个完整的请求或响应可能会分成非连续多次发送，有以下几个特点:

• 双向性：同一个流内，可以同时发送和接收数据

• 有序性：流中被传输的数据就是二进制帧。帧在流上的被发送与被接收都是按照顺序进行的

• 并行性：流中的二进制帧都是被并行传输的，无需按照顺序等待

• 流的创建：流可以被客户端或服务器单方面建立、使用或共享

• 流的关闭：流也可以被任意一方关闭

• HEADERS 帧在 DATA 帧前面

• 流的 ID 都是奇数，说明是由客户端发起的，这是标准规定的，那么服务端发起的就是偶数啦

HTTP请求 发展历程

从 HTTP0.9 到 HTTP2.0 要发送多个请求，技术上经历了几次发展：多个 TCP 连接---> keep-alive ---> 管线化 ---> 多路复用，每一次的发展都是为了不断地减少多次创建 TCP 等带来的性能损耗。

1、多个 TCP 连接

在HTTP1.1之前 没有 keep-alive的时候， 只能创建多个 TCP 连接来做多次请求。
一次请求完成就会关闭本次的 TCP 连接，下个请求又要重新建立 TCP 连接传输、等完成数据再关闭。
这样反复创建TCP连接都要经过三次握手、四次挥手等，给我们的系统造成了很大的性能损耗。

2、keep-alive

keep-alive 解决问题是：在一定时间内，同一域名多次请求数据，只建立一次 HTTP 请求，其他请求可复用每一次建立的连接通道，来达到提高请求效率的问题。
这里面所说的时间是可以配置的，不管你用的是 Apache 还是 nginx。

以往，浏览器判断响应数据是否接收完毕，需要看连接是否关闭。

在使用持久连接后就不能这样了，这就要求服务器对持久连接的响应头部一定要返回 content-length字段，来标识 body 的长度，以供浏览器判断界限。
有时，content-length 的方法并不是很准确，也可以根据 Transfer-Encoding:chunked 头部发送一串一串的数据，最后由长度为 0 的 chunked 标识结束。

keep-alive 存在的问题：

• 串行的文件传输，文本内容需要一个一个按顺序传输；
• 同域并行请求限制带来的阻塞。（针对这一点、可以通过资源分别放置到不同域名下来曲线救国）

3、管线化

HTTP 管线化可以克服同域并行请求限制带来的阻塞：它是建立在持久连接之上，是把所有请求一并发给服务器。
但是服务器需要按照顺序一个一个去响应，而不是等到一个响应回来才能发下一个请求，这样就节省了很多请求到服务器的时间。

不过，HTTP 管线化仍旧有阻塞的问题，若上一响应迟迟不回，后面的响应都会被阻塞到。

4、多路复用

多路复用代替原来的序列和阻塞机制。所有请求都是通过一个 TCP 连接并发完成。
在这之前所有的传输是基于基础文本的，而多路复用中是基于二进制数据帧的传输、消息、流，所以可以做到乱序的传输。
多路复用对同一域名下所有请求都是基于流，所以不存在同域并行的阻塞。

HTTP1.3 默认开启持久连接，在一个 TCP 连接可以传送多个 HTTP 请求和响应，减少了建立和关闭连接的消耗和延迟。

HTTP/2.0 支持多路复用，这是 HTTP1.x 持久连接的升级版。

优点：

1. 一个TCP连接并发、乱序发送多个请求，服务端则通过帧中的标识知道该帧属于哪个流(请求)，通过重新排序还原请求。
2. 允许并发的发起多个请求，每个请求及该请求的响应不需要等待其他的请求或响应，避免了线头阻塞问题。这样某个请求任务耗时严重，不会影响到其它连接的正常执行，极大的提高传输性能。

参考资料

所有《每日一题》的 知识大纲索引脑图 整理在此：https://www.yuque.com/dfe_evernote/interview/everyday
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