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HTTP/2 对 Web 性能的影响(上)

一.前言

HTTP/2 于 2015 年 5 月正式推出。自诞生以来,它就一直在影响着网络性能最佳实践。在本篇文章中,我们将讨论 HTTP/2 的二进制帧、延迟削减、潜在利弊以及相应的应对措施。

超文本传输协议(简称 HTTP)正是万维网与网络空间的基石。现在,HTTP 听起来已经有些过时,毕竟该协议中使用最广泛的版本——HTTP 1.1,已快迎来它的第二十个年头。时光回溯到1997年,HTTP1.1刚刚出现的年代,当时,软驱与调制解调器还是 PC 设备的必备周边产品,Java 也仅仅是一个刚刚崭露头角的、前途一片光明的编程语言。

而今,2015 年 5 月,HTTP/2 正式亮相,致力于解决 HTTP 1.1 在现代网络时代下无法应对的某些重大性能难题。过去一年以来,越来越多的浏览器、Web 服务器、商用代理以及主要内容交付网络开始支持 HTTP/2。

遗憾的是,对于负责编写 Web 代码的开发人员而言,HTTP/2 的过渡工作并不简单,所谓的速度提升也不会自行出现,必要的 Web APM 工具和厂商仍然是当今时代不可或缺的,例如 OneAPM Browser InsightNewrelicAPPdynamic 等等。

如何才能采用这个新协议打造高性能 Web 应用,该怎样处理那些尚不支持该协议的现有工具——例如 debug 代理工具,这些问题对所有人来说仍是一个挑战。今天的文章将向您介绍 HTTP/2,以及其如何改变 Web 性能的最佳实践。

二.二进制帧:HTTP/2的「基本单位」

HTTP 1.1 的一大优势(至少相较于非安全连接而言)在于其支持在端口 80 的telnet 会话中利用文本与 Web 服务器进行交互:在大多数 Web 服务器上输入 GET/HTTP/1.1,都能返回一个 HTML 文档。由于这是一项文本协议,因此其调试工作相对简单。

相对于 HTTP1.1 这个文本协议,HTTP/2 中的请求与响应则通过二进制帧流的形式来表现,我们将其称为 HTTP/2 RFC 中的「基本协议单位」。每一帧都拥有自己的类型,用于实现不同的作用。考虑到 HTTP 1.1 将会「永远」存在(毕竟 Gopher 协议都还在用呢!),因此 HTTP/2 的作者们要求,HTTP/2 请求的二进制帧都必须被映射到 HTTP 1.1 请求上去,从而确保其向下兼容的能力。

当然,HTTP/2 当中也有一些其他新特性,无法映射至 HTTP 1.1。例如,服务器推送(也叫“缓存推送”)和流重置都是利用二进制帧类型实现的新特性。帧也可以支持优先级排序,允许客户端向服务器发送排序,从而优先处理一部分资产类别。

除了使用 Wireshark 2.0 之外,对个别二进制帧进行查看的最简便方法就是利用谷歌 Chrome 浏览器的 net-internals 标签(在浏览器地址栏中输入chrome://net-internals/#http2)。由于理解大型网页的数据通常比较困难,Rebecca Murphey 特意编写了一款极为实用的可视化工具,从而将其显示在命令行中。

除此之外,这个用于获取资产的协议还可以显示在 Chrome Web 的开发者工具当中--只需右键点击列标题,接着选择「协议」即可:

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在谷歌Chrome开发者工具中查看协议类型。

这里列出的所有 HTTP/2 请求都使用通过传输层安全(TLS)建立的安全连接。各主流浏览器都要求 HTTP/2 连接是安全的。这样做是有切实理由的:TLS 的一套称为应用层协议协商(ALPN)的扩展,让服务器知道浏览器支持 HTTP2(除了其他协议以外),从而避免了额外的数据往来。这也能保住那些无法解读 HTTP/2 的服务,例如代理——只看得见传输线路上的加密数据。

三.多路复用减少延迟

HTTP 1.1 的一大问题是延迟,换而言之就是它花在提出请求和接受响应上的时间。随着典型网页中图片数量、JavaScript 和 CSS 的使用量不断增加,这个问题日益严重。每获取一项资产,通常都得新建一个 TCP 连接。

这种需求因为两个理由很重要:每台主机能同时打开的 TCP 连接数受浏览器的限制;新建连接都会引发性能损失。如果物理服务器离用户很远(如:一位新加坡用户向美国东海岸数据中心请求一个页面),延迟会变多。这不是罕见的情况——近期一份报告表示全球 70% 以上的互联网流通都会通过北佛吉尼亚一些不知名的数据中心。

其实对于 Web 页面的优化从前端页面方面反而可能见效比较大,我们都知道页面资源对响应速度的影响是非常巨大的,常见的图片压缩、css 聚合都可以帮助我们优化 Web 性能,问题就是如何找到相应的页面慢加载元素。

这也是国内外 APM 行业兴起的最初原因之一。

拿国内的一个页面优化工具 Browser Insight 举例,这种通过页面插码来获取真实用户体验的 APM 工具,虽然部署起来有些麻烦,但是这类的工具也没有更好的部署方法,手动的反而更稳定。

如下图,我们能看到,通过这个工具其中一个页面资源瀑布流图的功能,可以看到页面上每个元素的加载问题,而且这些都是用户的真实体验,所以优化起来就更有目的性了。

HTTP 1.1 提供了多种方案以解决延迟问题,包括通道传输与 Keep-Alive header。然而,通道传输从未被广泛采纳过,而 Keep-Alive header 则饱受 head line 阻塞的困扰:只有在当前请求必须彻底完成后,下一请求才能被发送出去。

在 HTTP/2 当中,多条资产请求可以重复利用单一 TCP 连接。与使用 Keep-Alive header 的 HTTP 1.1 请求不同,HTTP/2 的请求与响应二进制帧以交错方式进行,线头阻塞问题也不复存在。建立连接的成本(即著名的的‘三方握手’)在每台主机上只进行一次。多路复用对于安全连接来说尤为重要,因为多次 TLS 协商方案的性能成本将会得到显著提高。

在 HTTP/2 中,单一主机内的多资产请求只使用单一 TCP 连接。

四.总结

其实 Web 性能优化已经不是一个新的话题了,从 21 世纪初期直到现在,很多成熟的互联网公司已经开始关注除了产品、研发之外的工作,例如用户体验、性能优化等与产品使用者息息相关的事情,伴随着的就是 APM 行业的全面兴起。

本文主要和大家聊了一些关于 http1 和 http2 有关的基础内容,之后还会有一篇,预计与大家分享一些 http2 使用利弊、以及正在进行的相关工作等等。

Browser Insight 是一个基于真实用户的 Web 前端性能监控平台,能够帮大家定位网站性能瓶颈,网站加速效果可视化;支持浏览器、微信、App 浏览 HTML 和 HTML5 页面。想阅读更多技术文章,请访问 OneAPM 官方技术博客 本文转自 OneAPM 官方博客

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