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HTTP/2 协议的优点解析

百家作者：InfoQ 2019-07-23 01:08:29

作者丨wanago

译者丨小大非

HTTP 协议于 1991 年引入，至今已有近 30 年的历史。自第一个文档化版本 (后来称为 0.9) 以来，它已经经历了一段相当长的历程。在本文中，我们将简要回顾 HTTP 协议的发展历史，重点介绍 HTTP/2 带来了什么，以及我们如何从中获益。我们将使用 Node.js 服务端来实现它。

1 HTTP 协议简史

HTTP 的第一个版本只能传输超文本标记语言 (HTML) 文件，因此我们称之为超文本传输协议。它真的很简单，唯一可用的方法就是 GET。它没有 HTTP 头文件或状态代码。如果出现问题，服务器可以使用带有错误描述的 HTML 文件进行响应。

1996 年 1.0 版本出现了。与前一个版本相比，它进行了许多改进，其中最重要的是状态代码、POST 和 header 等附加方法。现在，我们可以使用 Content-Type 头来传输普通 HTML 之外的文件。

1997 年发布的 HTTP/1.1 引入了一些其它的改进。除了添加像 OPTIONS 这样的方法外，它还引入了 Keep-Alive 头。它允许一个连接对多个 HTTP 请求保持打开状态。因为这点，连接不必在每次请求之后关闭，然后再重新打开。在 HTTP/1.1 中，我们通常一次只能有 6 个连接。例如，如果其中一个请求由于服务器上的某些复杂逻辑而卡住，那么它们中的每一个都可以一次处理一个请求，整个连接就会冻结并等待响应。这个问题称为前端阻塞。

2 实现 Node.js HTTP/2 的好处

堆栈中有很多实现 HTTP/2 的方法。一种常见的方法可能是在 web 服务器上实现它，但是在本文中，我们在应用程序层中实现它，以便拓展 Node.js 的相关知识。因为浏览器不支持未加密的 HTTP/2，这意味着我们需要通过 HTTPS 协议实现 TLS 连接。要在本地完成此操作，我们使用以下命令生成证书:

openssl?req?-x509?-newkey?rsa:4096?-keyout?key.pem?-out?certificate.pem?-days?365?-nodes

如果你想了解详细信息，请查看《使用 OpenSSL 证书实现 HTTPS》：

https://wanago.io/2019/04/01/node-js-typescript-8-implementing-https-with-our-own-openssl-certificate/

import * as http2 from 'http2';import * as fs from 'fs';import * as util from 'util';?const readFile = util.promisify(fs.readFile);?async function startServer() {??const [key, cert] = await Promise.all([????readFile('key.pem'),????readFile('certificate.pem')??]);????const server = http2.createSecureServer({ key, cert })????.listen(8080, () => {??????console.log('Server started');????});???server.on('stream', (stream, headers) => {????stream.respond({??????'content-type': 'text/html',??????':status': 200????});????stream.end('Hello World
');??});???server.on('error', (err) => console.error(err));}?startServer();

解决某些复杂应用程序中的前端阻塞问题

即使使用 HTTP/1.1 进行 6 个并行连接也可能不够用，尤其是当我们遇到前端阻塞时。HTTP/2 通过允许一个连接同时处理多个请求解决了这个问题，这是因为即使其中一个请求被卡住，其它的请求也可以继续。在上面的这个简单示例中，我们使用普通 HTML 进行响应。每当有人向我们的服务器发出请求时，流事件就会触发。

如果你想了解更多关于流的信息，请查看《可读流的暂停和流动模式》和《可写流、管道和流程流》

《可读流的暂停和流动模式》链接：

https://wanago.io/2019/03/04/node-js-typescript-4-paused-and-flowing-modes-of-a-readable-stream/

《可写流、管道和流程流》链接：

https://wanago.io/2019/03/11/node-js-typescript-5-writable-streams-pipes-and-the-process-streams/

在 headers 参数中，我们有即将到来的请求的所有 header。它是一种检查方法，比如请求的方法和路径。现在，由于我们使用 HTTP/2，浏览器使用一个非阻塞的连接。一个可以关注的例子是 Golang 团队创建的一个网格演示。在使用 HTTP/2 时，由于在同一连接上处理并行请求和处理前端阻塞问题，你可以看到性能的显著提高。

Golang 团队创建的一个网格演示链接：

https://http2.golang.org/gophertiles

报头压缩

HTTP/2 使用了一种新的报头压缩算法，我们称之为 HPACK。一些参与定义 HTTP/2 协议的开发人员也在开发 SPDY，它以前也用于压缩报头。不幸的是，后来人们发现它容易受到 CRIME 攻击。HPACK 不仅使整个过程更加安全，而且在某些情况下速度更快。

3 使用服务端推送缓存数据

当我们实现 HTTP/2 时，上面所有的改进都是开箱即用的。这并不是它全部的能力。通过服务器推送，我们现在可以在客户机缓存中填充数据。我们甚至可以在浏览器请求之前完成。一个基本的使用场景是当用户请求 index.html 文件时的情况。

server.on('stream', (stream, headers) => {??const path = headers[":path"];??switch(path) {????case '/': {??????stream.respond({????????'content-type': 'text/html',????????':status': 200??????});??????stream.end(` ??????????????????"stylesheet" type="text/css" href="style.css">??????????????????????????Hello World??????????????`);??????break;????}????case '/style.css': {??????stream.respond({????????'content-type': 'text/css',????????':status': 200??????});??????stream.end(`????????body {??????????color: red;????????}??????`);??????break;????}????default: {??????stream.respond({????????':status': 404??????});??????stream.end();????}??}});

在上面的示例中，当用户访问主页时，它请求 index.html 文件。当它得到一个样式表时，它会注意到还需要 style.css 文件。在请求 index.html 和 style.css 之间有一些延迟，我们可以使用服务端推送来处理它。因为我们知道用户将需要 style.css 文件，所以可以将它与 index.html 一起发送。

server.on('stream', (stream, headers) => {??const path = headers[":path"];??switch(path) {????case '/': {??????stream.pushStream({ ':path': '/style.css' }, (err, pushStream) => {????????if (err) throw err;????????pushStream.respond({??????????'content-type': 'text/css',??????????':status': 200????????});????????pushStream.end(`??????????body {????????????color: red;??????????}????????`);??????});??????stream.respond({????????'content-type': 'text/html',????????':status': 200??????});??????stream.end(` ????????????????????????????????????????????Hello World??????????????`);??????break;????}????case '/style.css': {??????stream.respond({????????'content-type': 'text/css',????????':status': 200??????});??????stream.end(`????????body {??????????color: red;????????}??????`);??????break;????}????default: {??????stream.respond({????????':status': 404??????});??????stream.end();????}??}});