HTTP发展史在总结http2之前，我们先来回顾一下http的发展史。下面三张图来自JerryQuHTTP/0.9(1991)HTTP/1.0(1996)HTTP/1.1(1999)HTTP通信过程众所周知，http是基于tcp的应用层协议，也就是tcp连接后建立后，在tcp数据上建立链接。先建立TCP连接，三次握手，C--(SYN{k})-->S,S--(ACK{k+1}&SYN{j})-->C,C--ACK{j+1}-->S客户端发送ACK后，会发送HTTP请求。服务器收到ACK，确认TCP连接建立，然后收到HTTP请求，解析并返回结果给客户端。客户端收到HTTP请求结果。在HTTP/0.9和HTTP/1.0中，在第三步之后，服务端会关闭连接，也就是四波TCP，但是在HTTP/1.1之后，客户端在发送HTTP请求时可以在header中带上Connection：Keep-Alive是告诉服务器保持连接，不要关闭TCP。当Connection:Close时，服务器将关闭连接。HTTP2的通信过程无非就是这个过程，只是通过TCP传输的数据会有所不同，并且对客户端和服务端的行为有了新的规则。介绍了Connection、Stream、Message、Frame这四个概念，从下图可以看出它们之间的关系。Connection：其实就是一个TCP连接Stream：已建立连接上的双向字节流Message：请求或响应，由一个或多个帧组成Frame：Message中的二进制帧，HTTP/2通信的最小单位，新HTTP/2的特性后面会详细解释：BinaryframinglayerMultiplexingSingleconnectionperoriginStreamprioritizationHeaderCompressionFlowcontrol)ServerPush这些新特性的出现主要是为了解决之前的问题。我们对比一下之前的HTTP/1.1，看看解决了哪些问题。BinaryframinglayerBinaryframing就是将http数据按照指定的格式进行封装，类似于IP和TCP数据包，为了方便理解简单画一个承载HTTP2数据的以太网帧结构。通过wireshark抓包可以看到http2的结构。Length：无符号自然数，用24位表示，只表示帧净荷占用的字节数，不包括帧头占用的9字节。默认大小范围为0~16,384(2^14)。一旦超过默认最大值2^14（16384），发送方将不再允许发送，除非收到接收方定义的SETTINGS_MAX_FRAME_SIZE（一般这个取值范围为2^14~2^24）值通知。Type：8位表示，定义了帧载荷的具体格式和帧的语义。HTTP/2规范定义了10种帧类型，其中不包括实验类型帧和扩展类型帧。Flags：8位表示，服务于特定的Frame类型，默认值为0x0。有一个小技巧需要注意。一般来说，8位可以容纳8个不同的标志位。例如PADDED的值为0x8，二进制表示为00001000；END_HEADERS的值为0x4，二进制表示为00000100；为00000001。一个字节可以同时传送三种标志位，二进制表示为00001101，即0x13。因此，在下面的帧结构中，标志位一般用8位来表示。如果某位不确定，用问号？相反，表示可以在此处设置标志位。R：HTTP/2上下文中保留位，固定值为0X0StreamIdentifier：Unsigned31bits表示无符号自然数。值0x0表示该帧仅适用于连接，不属于单独的流。HTTP2frame中的类型如下：如果想了解每种类型的详细数据结构，可以参考我的另一篇文章http2frame类型详解通过GoogleDevelopers中的一张图，我们可以更好的理解HTTP2framing在网络数据它在哪里，以及它与HTTP/1.1有何不同。HTTP/1.1中的header变成了HEADERS类型的frame，requestbody/responsebody变成了DATA类型的frame。通过二进制分帧，传输的数据采用二进制方式，与文本方式相比减少了数据量；通过不同类型的框架实现流量控制、服务端推送等功能。多路复用(Multiplexing)&单连接(Oneconnectionperorigin)我们知道在HTTP2之前，如果要加快网页资源的加载速度，我们会采用同时建立多个连接的方式，但是效率每次建立一个TCP连接比较低，而且浏览器经常限制最大连接数（比如chrome的最大连接数是6）。另外，在HTTP/1.1中引入了Pipeline，可以在一个TCP连接中连续发送多个请求，而不管前一个响应是否到达，但是服务器必须按照收到请求的先后顺序进行响应，这样一旦前一个响应到达请求被阻塞，后续请求将不会得到及时响应。在HTTP2中，由于使用了新的二进制帧，很容易复用单个TCP连接。客户端和服务器可以将HTTP消息分解成独立的帧，交错发送，最后在另一端重新组合。还是GoogleDevelopers的图：可以看到我们可以并行交错发送多个响应和请求，并且使用同一个TCP连接，没有先后顺序，每一帧携带如何组装的信息，客户端会等待某个作业在所有需要的资源准备好后执行。流优先级（Streamprioritization）由于可以进行单连接多路复用，服务器和客户端的帧交错发送。对于发送到服务器的帧，为了解决哪些先处理，哪些后处理，引入了数据流。priority，服务器根据优先级分配资源。例如，优先级高的可以获得更多的CPU和带宽资源。那么优先级是如何标记的呢？请记住，先前的帧类型之一是优先级。这种帧是告诉服务器流的优先级。此外，HEADERS帧还包含优先级信息。HTTP/2通过父依赖和权重来标记优先级。每个流都会标记一个父流ID。如果没有标记，则默认为虚拟根流。这样就根据这个依赖关系构建了一个依赖树。树上层的流权重更高。高，同一层的流会有一个权重来区分资源分配比例。.上图是一些依赖树的例子，从左到右一共有四棵树。前两个流A和B不表示父流，默认依赖虚拟根节点。A和B在同一层，具有相同的优先级。资源按权重分配。A分到12/(12+4)=3/4资源，B得到1/4资源。第二个D和C有层次结构，C的父级是D，那么服务器会先处理资源完整的D，再处理C。第三个，服务器先处理D，再处理C，再处理C进程A和B。A分配了3/4的资源，B分配了1/4的资源。第四，先处理D，然后将资源分成两半处理E和C，然后按权重处理A和B。应当注意，流优先级不是强制约束。当优先级高的流被阻塞时，服务器必须处理低优先级的流头压缩（HeaderCompression）。由于现在的网站内容越来越复杂，单个页面的请求量基本都是几十个甚至上百个，而且每次请求都要带上客户端或者用户标识，比如UA，cookie等header数据，经过大量请求后，传输httpheaders消耗的流量也非常可观，而且大部分header数据都是雷同的，这是明目张胆的浪费。因此创建了标头压缩技术以节省流量。维护相同的静态字典（StaticTable），包括常见的头部名称，以及特别常见的头部名称和值的组合。维护相同的动态字典（DynamicTable），可以动态添加内容以支持基于静态的霍夫曼码表的HuffmanCoding静态字典。静态字典是将常用的头部映射到字节数较短的索引号上。静态表定义比如当header中有一个字段：method:GET，那么查表知道可以通过序号2来标识，所以这个字段的数据是0000010（2的二进制表示)动态字典静态字典可以表示头部数据，毕竟是有限的，压缩率不会高。但是对于一个站点来说，在和某个用户交互的时候会有很多请求，但是每个请求的header差别不大，会有很多重复的数据，因为用户和浏览器的标识符是不变的。然后我们可以生成一个动态字典，可以为一个HTTP2连接添加映射，这样动态字典中的序号就可以在后续的连接中使用。生成动态字典的过程其实就是通知对方添加一个映射。客户端可以通知服务器添加，反之亦然。具体的通知方式是按照协议规定的格式传输数据。霍夫曼编码的特点是出现频率越高，码长越短。在HTTP2协议中，基于大量的请求头数据样本生成了规范的霍夫曼编码，列在霍夫曼编码中。流量控制（Flowcontrol）HTTP/2流量控制的目标是在流量窗口初始值的约束下，赋予接收端全权控制自己想要接受的流量大小。算法：两端（发送端和接收端）都保持一个流量控制窗口（window）的初始值。发送方每次发送数据帧时，窗口都会按帧的大小递减。如果窗口小于框架大小，则必须拆分框架。如果窗口等于0，则不能发送任何帧。接收方可以向发送方发送WINDOW_UPDATE帧。发送方将帧中指定的WindowSizeIncrement作为增量添加到窗口中。服务器推送（ServerPush）流程：在交换SETTINGS帧时，设置字段SETTINGS_ENABLE_PUSH(0x2)为1明确允许服务器推送，当服务器收到请求时，分析要推送的资源，首先发送一个PUSH_PROMISE帧给浏览器然后发送每个响应头和响应体Browse当服务器收到PUSH_PROMISE帧时，根据headerblockfragment字段中的url可以知道当前是否有缓存，从而判断是否接收。如果没有，浏览器会发送一个RST_STREAM来终止服务器推送问题：流量浪费。如果浏览器有缓存，不想这个推送，就会浪费流量，因为整个过程是异步的。当服务器收到RST_STREAM时，可能会部分或全部发送响应。HTTP/2的简单实践Okhttp是java生态中知名的http客户端。它支持http2，因为它易于使用且性能良好。下面就用这个工具来实践一下，因为我的博客已经在nginx上配置了http2，所以就用这个博客来做实验。publicclassHttp2Example{finalstaticOkHttpClientclient=newOkHttpClient.Builder().build();publicstaticvoidmain(String[]args){Requestrequest=newRequest.Builder().url("https://blog.fliaping.com").build();试试System.out.println(response.body().string());}catch(IOExceptione){e.printStackTrace();}}}用过Okhttp的同学会发现，这个方法和平时一样，有没有任何区别，是的，没错，没有任何区别。别的不多说，直接运行看看。不幸的是，你会发现协议仍然是http1.1，而不是h2。这是怎么回事？这是因为HTTP2新增了ALPN（ApplicationLayerProtocolNegotiation），从字面意思理解就是应用层协议协商，即双方商量使用哪种协议。可惜jdk8是2014年发布的，那个时候HTTP2协议还没有诞生。好在ALPN可以通过第三方jar包来支持。另外jdk9已经支持HTTP2了。虽然还没有正式发布，但我们可以试试JDK9Early-AccessBuilds。jdk7和jdk8通过添加jvm参数添加第三方alpn支持包，注意版本不能错，jdk7使用alpn-boot-7.*.jar，jdk8使用alpn-boot-8.*.jar，这里是版本对应alpn-versions#jdk8-Xbootclasspath/p:/home/payne/Downloads/alpn-boot-8.1.11.v20170118.jar#jdk7-Xbootclasspath/p:/home/payne/Downloads/alpn-boot-7.1.3.v20150130.jar#jdk9#使用jdk9平台时注意okhttp版本大于3.3.0#https://mvnrepository.com/artifact/org.mortbay.jetty.alpn/alpn-boot
