HTTP/2 基礎教程

阿新 • • 發佈：2018-12-14

內容簡介

讓網站和應用更快速、更簡潔、更穩健，從而有效提升使用者體驗，這無疑是眾多開發者夢寐以求的。然而網際網路發展日新月異，HTTP/1.1 協議已經難以滿足現今的需求。在眾多 Web 效能提升方案中，HTTP/2 值得嘗試。

本書是 HTTP/2 實用指南，介紹了 HTTP/2 的設計初衷和新特性，以及如何才能充分利用這些特性來打造高效能網站及應用。作者用定量分析方法，對比了不同網路環境下及不同瀏覽器上 HTTP/1.1 與 HTTP/2 的效能差異，並指出了網站遷移到 HTTP/2 需要注意的問題及對策。

本書主要內容：

HTTP 發展回顧——面臨效能挑戰，促使協議升級；
HTTP/2 概覽——優點及遷移方法；

既有的建議方案，以及提升 Web 效能的技巧；
HTTP/2 支援的瀏覽器、伺服器、代理，以及內容分發網路；
相比於 HTTP/1.1，採用 HTTP/2 的網站在效能上有何提升；
HTTP/2 對網路通訊中一些具體問題的改進，如延遲、丟包、首位元組時間等。

作者簡介

Stephen Ludin，Akamai 公司 Web 效能部門 CAO，帶領 Akamai 公司的 Foundry 團隊，負責研發下一代 Web 技術。

Javier Garza，Akamai 公司高階企業架構師，專注於公司的主要客戶及戰略合作伙伴。他也是 Web 效能優化和 HTTP/2 的佈道者，為 Akamai 的產品開發團隊提供技術建議和客戶反饋。

本書內容

中文版推薦序一

等待與希望

HTTP/2 已經滲入普通人的生活。如果你平時多個心眼，會發現很多網站已經悄然採用了 HTTP/2，享受了 HTTP/2 帶來的諸般好處，甚至在一些技術大會上已經有相關的主題分享。

另一方面，大家對它的瞭解還相當粗淺。從我主持面試的經歷來看，在我認為“應當瞭解 HTTP/2”的候選人——不管後端還是前端——當中，大部分人還處在“聽說過有這麼回事”的階段，只有不到 20% 的候選人能夠說出一點實質性的內容。如果繼續問“HTTP/2 和 HTTPS 是什麼關係”“從 HTTP/1.1 升級到 HTTP/2 有什麼要注意的”“HTTP/2 為什麼不叫 HTTP/2.0”，能答上來的人就寥寥無幾了。

為什麼會出現這種情況？我覺得和 HTTP/2 的中文資料匱乏有關。

縱觀近年來的中文技術圖書市場，無論是涉及的領域，還是作品的質量，都有明顯的進步，眾星捧月追求英文原版的情況已經是過去時。這對廣大技術從業者來說，無疑是好事。但是另一方面，這種情況也間接造成了中英文技術資料的割裂：沒有中文圖書，大家最多看看網上的文章，沒有那麼多人願意去研讀英文圖書了。關於 HTTP/2，到目前為止，還沒有看到過任何中文圖書。

難道是因為 HTTP/2 不重要嗎？答案顯然是否定的。

我最早進入網際網路行業時，僅僅滿足於“寫好程式在網上能跑就行”。隨著工作經歷的豐富，我越來越深刻地意識到，只要你在這個行業從事技術，無論是前端還是後端，網路相關的基礎知識這一課終究是躲不過去的。無論是伺服器端要面對的大負載和高併發，還是客戶端要面對的有限計算資源和弱網通訊環境，最後都離不開對網路的深入理解。

對 TCP/IP 的瞭解越深，我們往往越會感嘆其層次設計的巧妙。各種新出現的優化並不會破壞原有的體系結構。但是，對 HTTP 的瞭解越深，我們往往越會感嘆它的過時——Web 的發展太迅猛了，相比之下，定稿於 1999 年的 HTTP/1.1 時常讓人以為是“上古卷軸”。所以，大家才會想出各種“優化黑魔法”來避開 HTTP/1.1 的各種限制和缺陷。域名拆分、資源域名分離、精靈圖（用 CSS 選擇大拼圖中的小區域）等，都是如此。

不幸的是，這些“高招”往往並非標準統一的解決方案，所以並不能直接放心享用。和 CDN 廠商打過交道就會知道，網路裝置成千上萬，規範的實現程度也參差不齊，由此產生形形色色的問題，簡直讓人不勝其煩。再加上各種“優化黑魔法”，只會讓本來雜亂的網路世界變得更加混沌。除非自己技術實力足夠強，否則只能望洋興嘆。

有沒有造福大家的統一的解決辦法？ Google 先揭竿而起，發明制訂了 SPDY 規範。繼而大家才發現，原來所有人都在翹首期盼新的 HTTP 協議。於是，順理成章地，HTTP/2 誕生了。雖然制訂過程是漫長而痛苦的，但首部壓縮、分幀傳輸、服務端推送等新特性，直擊 HTTP/1.1 這種“古董協議”的痛點，讓廣大開發者大呼過癮，迫不及待想要投入 HTTP/2 的懷抱。

然而，天下沒有免費的午餐。要想享受 HTTP/2 帶來的諸般好處，“簡單升級”協議是行不通的。沒錯，HTTP/1.1 顯得簡單直白，相當一部分的開發人員甚至把它理解為一問一答的簡單通訊模型（和程式語言中的方法呼叫一樣），也不妨礙自己的開發。可惜，HTTP/2 不能這麼玩。首部壓縮等應用層特性或許還很好懂，但是，新出現的幀傳輸層絕對要花一番功夫才能理解。不理解這些新特性背後的原理，許多時候就沒法除錯；不能除錯，很多問題就束手無策；束手無策，就無法享受新技術帶來的諸般好處。

所幸，《HTTP/2 基礎教程》中文版面世了。在我看來，這本書相當適合作為廣大開發人員瞭解 HTTP/2 的資料，大家也確實需要這樣一本書，理由如下。

第一，它的範圍足夠廣，HTTP/2 中有價值的新特性基本都有覆蓋，不是就概念而概念，而是會講解各種新特性適合哪些場景以及不適合哪些場景。比如，如果你的網站大量引用第三方資源，那麼域名拆分能帶來的獲益就相當小。

第二，它的編排很用心，不是單純羅列 HTTP/2 的好處，而是通過與 HTTP/1.1 的對比加以講解，更有一章專門講解從 HTTP/1.1 升級到 HTTP/2 的一般過程，以前做的優化哪些必須變更、哪些可以保留，翔實可靠。比如，精靈圖這種優化手段依然有助於提升響應速度，但會喪失快取的便利性。

第三，它不是簡單通過定性分析來論證 HTTP/2 的好處，而是大量使用了定量分析的方法。 HTTP/2 比 HTTP/1.1 要好，到底好多少，提升的幅度會受哪些因素的影響？書中對這類問題都給出了嚴謹詳細的分析。我讀了這本書才知道，光在光纖中的傳輸速度只有真空中的 2/3。

第四，作為一本優秀的技術圖書，其中的分析和思考會讓讀者在今後的工作中獲益更多。本書不僅告訴讀者 HTTP/2 的首部壓縮採用的是 HPACK 演算法，還講解了為什麼採用 HPACK 而不是沿用 SPDY 的 gzip 演算法。我相信，如果瞭解了 CRIME 漏洞的原理，我們在今後的工作中會有更多樣的思考角度，以及更完善的安全意識。

《HTTP/2 基礎教程》的兩位譯者羅正龍、鄭維智都是滬江優秀的前端開發工程師，本身就對 HTTP 協議有豐富的開發經驗，對工作也有高度的責任感，在繁忙的工作之餘迅速完成了這本書的翻譯。我在審校過程中，經常發現他們就書中的具體問題展開細緻的討論——因為不滿足於“翻譯文字”，更注重理解和思考背後的原理，所以發現了原書的若干錯漏，也確定了很多符合中文開發者習慣的更容易理解的表達方式。我敢說，在今天的中文技術圖書譯者裡，有這樣認真精神的人，不超過十分之一。有這樣的精神為支撐，圖書的翻譯質量是有保證的。

寫完這篇文章的時候，我再次確認了一番，目前中文技術圖書裡確實還沒有任何一本 HTTP/2 的專著。如果沒有估計錯誤，《HTTP/2 基礎教程》中文版的出版只會落後英文原版半年左右，不出意外的話，它應當算中文世界裡第一本 HTTP/2 的專著了。我相信，它的質量不會辜負“第一”的名次。

大仲馬說過，人類的一切智慧都包含在兩個詞裡——等待與希望。你是不是深深被 HTTP/1.1 所困擾，面對 HTTP/2 又有困惑？那好，現在《HTTP/2 基礎教程》終於和讀者見面了，讓我們共同期待 HTTP/2 的美好未來吧。

——餘晟，技術圖書翻譯寫作愛好者，現任滬江教育集團技術中心研發總監

中文版推薦序二

如果有一種遠端通訊協議堪稱“萬能協議”的話，那一定非 HTTP 莫屬。除了那些對於效能和實時性要求極高的通訊場合之外，幾乎所有的遠端通訊都可以基於 HTTP 來實現。 Web（全稱 World Wide Web）的四大技術基石是 URI、HTML、HTTP 和 MIME，正是這四大基石支撐了巨集偉的 Web 神殿。在這四大基石之中，HTTP 的重要性最為突出。今天有很多移動 Web 應用並沒有使用 URI、HTML、MIME，只用了 HTTP，仍然可以稱為“Web 應用”。從這個角度看，HTTP 幾乎是 Web 的代名詞。

HTTP 的上一個正式版本是 1.1 版，主設計師是 Roy T. Fielding 博士。HTTP/1.1 與 HTTP/1.0 相比，無論是設計思想還是技術細節方面都取得了巨大的進步。在設計思想方面，Fielding 系統化地提出了 REST 架構風格的理論，以 REST 理論指導 HTTP/1.1 的設計。在 HTTP/1.1 中引入了“資源”這個極為重要的抽象概念，將 HTTP 從一種面向文件的協議徹底轉變為一種面向資源的協議。資源是一種非常強大的抽象工具，在 HTTP/1.1 釋出之後，Web 之上不再只有大量具體、靜態的“文件”，而是包括了無數抽象、動態的“資源”。從對 Web 的概念理解上看，這是一次革命性的轉變，推動了 Web 應用的數量以幾何級數速度爆發，Web 的範圍擴充套件到了地球上有人類生存的所有地方。可以說，不理解“資源”和相關的“資源表述”，就不理解 HTTP/1.1，對 Web 的理解其實還沒有入門。在技術細節方面，HTTP/1.1 也增加了很多新的內容，例如：HTTP 連線支援 keepalive、增加 CONNECT 方法來支援 HTTP tunnel，等等。

這裡再強調一下 REST。REST 是 Web 自身的架構風格，也是 Web 取得巨大成功的技術層面的深層原因，理解 REST 就是理解 Web 技術架構的鑰匙。前面提到的“資源”及“資源表述”只是 REST 理論之中入門級的概念，REST 還有很多其他重要的概念，例如對於超媒體的有力支援等。建議對 REST 非常感興趣的讀者去讀一下 Fielding 的博士論文中文版《架構風格與基於網路應用軟體的架構設計》。REST 理論有力地指導了 HTTP/1.1 的設計，也確保了後續 HTTP 協議沿著正確的方向發展，包括從舊版本到新版本的平滑升級。

儘管 HTTP/1.1 取得了輝煌的成就，但 HTTP/1.1 從 1998 年底釋出之後，已經十幾年都沒有更新了，它的很多方面已經難以跟上時代發展的要求。特別是移動網際網路普及之後， HTTP/1.1 在效能方面的瓶頸越來越突出，以至於有些公司研發出五花八門的私有二進位制 RPC 協議來解決效能問題。這些應用連 HTTP 都不用了，還自稱是“Web 應用”，這實在是掛羊頭賣狗肉。改進 HTTP 以便跟上新時代 Web 發展的需要，已經迫在眉睫。經過各方參與者幾年的不懈努力之後，HTTP/2 終於在 2015 年正式釋出了。HTTP/2 是一次非常棒的升級，它在繼續遵循 REST 架構風格的前提下，在效能方面取得了巨大的提升。

目前距離 HTTP/2 正式釋出已經過去了兩年時間，主流的 Web 伺服器、瀏覽器、HTTP 客戶端工具、開發庫（例如最新的 JDK9）已經能夠很好地支援 HTTP/2。可以預見，無論是國內還是國外，2018 年都會是 HTTP/2 迅速普及的一年。國內有很多從事 Web 開發、測試、運維的工程師對 HTTP/2 非常感興趣，但是苦於缺乏詳細的圖書文件，難以開展學習。《HTTP/2 基礎教程》正是這個領域的最佳圖書。這本書雖然不厚，但是滿滿的都是乾貨，實戰性非常棒。感謝本書的譯者羅正龍、鄭維智，審校者餘晟的辛勤工作，在短時間內將這本高質量的圖書貢獻給中國的讀者。正如本文開頭所說的，HTTP 的重要性再怎麼強調也不為過。《HTTP/2 基礎教程》這本書值得所有軟體開發者擁有，作為自己的案頭常備圖書。

——李錕，Web 架構師，Web 開發老兵

序

截至 2009 年，HTTP/1.1 面世已經超過 10 年了，並且無可爭議的是，它依然是網際網路上最受歡迎的應用層協議。這是因為它不僅用來瀏覽網頁，還是很多其他東西的參考協議。它上手簡單、實現容易，並被廣大的開發者和運維工程師所理解，因此積累了很多優勢，成為了無可替代的協議。一些人甚至開始說，HTTP 形成了網際網路架構經典沙漏模型的“第二腰”。

儘管如此，HTTP 還是與時代脫節了。Web 如今已經發生了翻天覆地的變化，它的需求給 HTTP 協議造成了巨大的壓力。現在，載入一個網頁通常包含好幾百個請求，總體開銷在拖慢 Web。這就催生了一個新的行業，專治 Web 效能問題——Web 效能優化。

HTTP 社群很清楚這些問題，但是並沒有授權大家修復它們。過往的努力，如 HTTP-NG，已經失敗了。沒有來自 Web 瀏覽器和伺服器的強力支援的提案就動手的做法，看起來並不妙。這反映在 HTTP 工作組當時的綱領中，它說：

工作組不得制定 HTTP 的新版本，也不得給 HTTP 新增新功能。

相反，我們的使命是闡述清楚 HTTP 的規範，並且（至少對我而言）重建一個 HTTP 實現者的強大社群。

也就是說，還有人想實現 HTTP 語義的更高效表達，像 Roy Fielding 的 WAKA 提案 {1[https://tools.ietf.org/agenda/83/slides/slides-83-httpbis-5.pdf]}（很不幸，從未完成）和基於 SCTP{2[https://tools.ietf.org/html/draft-natarajan-http-over-sctp-00]} 的 HTTP（主要在特拉華大學）。

去 Google 做了一次有關上面這些話題的分享後，我收到了 Mike Belshe 留給我的一張便條，問我們是否可以碰個面。我們在 Mountain View 的 Castro 大街上吃了晚飯，他說 Google 正要釋出 SPDY，替代 HTTP 協議。

SPDY 之所以不同，是因為 Mike 為 Chrome 瀏覽器工作，他和為 GFE（Google 的前端 Web 伺服器）工作的 Roberto Peon 是搭檔。他們控制著連線的兩端，因而可以快速迭代，並且他們可以在 Google 的超大流量上測試新的協議，因此能夠在大規模場景下驗證協議的設計。

整個晚飯時間我都感到發自內心的高興。他們在解決實際問題，並且已經測試過程式碼和資料。這些正是網際網路工程任務組（IETF）所推崇的。

然而，直到 2012 年，SPDY 才開始流行開來。Firefox 實現了該協議，然後是 Nginx 伺服器，接著是 Akamai。Netcraft 報告說，支援 SPDY 協議的網站資料激增。

顯然，新版本的 HTTP 協議引起了廣泛的關注。

2012 年 10 月，HTTP 工作組被授權釋出 HTTP/2，使用 SPDY 作為起點。之後的兩年間，來自各個公司和開源專案的代表在各地碰面討論這個新的協議，解決其中的問題，並確保彼此的實現能互相相容。

在這個過程中，我們有過意見不一致的時候，甚至也有過激烈的爭辯。但是，每個人所表現出的專業能力、合作意願和強烈信念仍然讓我印象深刻。這真是一支了不起的、讓人願意共事的團隊。

舉個例子，有時候大家一致認為，取得進展比為某人的觀點爭論一整天更重要，所以我們擲硬幣來做決定。有些人可能覺得這很瘋狂，但我覺得這反映出了成熟的態度和深邃的洞察力。

2014 年 12 月，在規定的截止日期 16 天后（這對標準制定的工作來講，已經很早了），我們向國際網際網路工程指導委員會（IESG）提交了 HTTP/2，申請批准。

大家都說，實踐才能出真知；對網際網路工程任務組來說，可執行的程式碼才能說明一切。我們很快就有了拿得出手的東西，並得到了所有主流瀏覽器、多數 Web 伺服器、CDN 和其他工具的支援。

HTTP/2 並不是完美的，但完美向來也不是我們的目標。我們的現實目標是化亂為治，並逐漸提升 Web 效能；遠景目標則是為確保可以釋出新版本的 HTTP 做好準備，這樣 Web 才不會受制於一份過時的協議。

從這個角度來看，我們已經成功了。當然，我們要做的還有很多。

——Mark Nottingham

Mark Nottingham 在 HTTP 工作組已經 10 多年了。對本書來說尤其有意義的是，當 HTTP/2 完成的時候，他擔任工作組主席。他現在是工作組負責 QUIC 的主席，也曾是 Akamai Foundry 團隊的一員。

前言

HTTP/2，簡稱 h2，是全球資訊網（World Wide Web）所使用的 HTTP 網路協議的一個重大修訂版本，其目的是提升載入 Web 內容時的感知效能。

自從 1999 年 HTTP/1.1（h1）通過以來，Web 發生了翻天覆地的變化。最早大小隻有幾千位元組、包含資源只有個位數、主要基於文字的網頁，如今已發展為平均大小超過 2MB{1[http://httparchive.org/trends.php?s=Top1000&minlabel=Oct+15+2015&maxlabel=Oct+1+2016]}、包含資源數平均為 140 的富媒體網站。然而，用來傳輸 Web 內容的 HTTP 協議這些年並沒有什麼變化。於是一個新的工種出現了：Web 效能專家，他們精於發掘變通辦法，在原有協議上提升網頁載入速度。大家對效能的期望也改變了——在 20 世紀 90 年代後期，大家願意為一個頁面等上 7 秒，而技術和市場調研公司 Forrester Research 在 2009 年的一項研究中發現，線上購物者期望單個頁面能在 2 秒內完成載入，其中很大一部分使用者會放棄載入時間超過 3 秒的頁面。近期 Google 的一項研究表明，甚至 400 毫秒（一眨眼的時間）的延遲，都可能降低人們的搜尋意願。

這就是 h2 誕生的原因——該協議可以更好地適應如今的複雜頁面，同時又不犧牲速度。 HTTP/2 的應用在不斷增多，因為越來越多的網站管理員意識到，他們可以藉此花很小的成本來提高他們網站的感知效能。

我們每天都在使用 h2——它支撐了若干最流行的網站，如 Facebook、Twitter、Google 和 Wikipedia——但很多人並不瞭解它。我們的目標是講解 h2 的原理及其效能優勢，這樣你就可以充分利用它。

本書目標讀者

不管你在工作中扮演什麼角色，只要你的工作涉及網站生命週期的任意部分，本書就會對你有所幫助。本書的目標讀者是網站開發和運維人員，以及那些正考慮要實現 h2 或者希望瞭解 h2 如何工作的人。

閱讀本書要求你熟悉 Web 瀏覽器、Web 伺服器、網站和 HTTP 協議的基礎知識。

本書涵蓋範圍

本書的目標是講解 h2，並幫你充分利用新版的 HTTP 協議。本書不是一份針對所有 h2 客戶端、伺服器、除錯工具、效能基準測試的全面指南。本書雖然是為不太熟悉 HTTP/2 的人而準備的，但專家沒準兒也會覺得這是份稱手的資源。

排版約定

本書使用了下列排版約定。

黑體
表示新術語或重點強調的內容。
等寬字型（constant width）
表示程式片段，以及正文中出現的變數、函式名、資料庫、資料型別、環境變數、語句和關鍵字等。
加粗等寬字型（constant width bold）
表示應該由使用者輸入的命令或其他文字。
等寬斜體（constant width italic）
表示應該由使用者輸入的值或根據上下文確定的值替換的文字。

使用程式碼示例

補充材料（程式碼示例、練習等）可以從 https://github.com/oreillymedia/learning-http2 下載。

本書是要幫你完成工作的。一般來說，如果本書提供了示例程式碼，你可以把它用在你的程式或文件中。除非你使用了很大一部分程式碼，否則無需聯絡我們獲得許可。比如，用本書的幾個程式碼片段寫一個程式就無需獲得許可，銷售或分發 O'Reilly 圖書的示例光碟則需要獲得許可；引用本書中的示例程式碼回答問題無需獲得許可，將書中大量的程式碼放到你的產品文件中則需要獲得許可。

如果你覺得自己對示例程式碼的用法超出了上述許可的範圍，歡迎你通過 [email protected] 與我們聯絡。

O'Reilly Safari

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Safari（前身為 Safari Books Online）是為企業、政府、教育機構和個人提供的會員制的培訓和參考平臺。

會員可以觀看和收聽來自 250 多家出版商的上千種圖書、培訓視訊、學習路徑、互動教程和推薦歌單。這些出版商包括 O'Reilly Media、Harvard Business Review、Prentice Hall Professional、Addison-Wesley Professional、Microsoft Press、Sams、Que、Peachpit Press、Adobe、Focal Press、Cisco Press、John Wiley & Sons、Syngress、Morgan Kaufmann、IBM Redbooks、Packt、Adobe Press、FT Press、Apress、Manning、New Riders、McGraw-Hill、Jones & Bartlett、Course Technology，等等。

欲知更多資訊，請訪問 https://www.safaribooksonline.com/。

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致謝

我們要感謝 Akamai 的 h2 核心團隊和 Moritz Steiner（Akamai 的研究員，也是 Foundry 團隊的一員，與 Stephen 共同撰寫了幾篇有關 h2 的論文）；Pierre Lermant（感謝他的幽默和對細節的關注，也感謝他審閱本書並貢獻了部分內容）；Martin Flack（也是 Akamai Foundry 團隊的一員，時常會提出頗具啟發意義的 Lisp 實現）；Jeff Zitomer（感謝他的支援、鼓勵，以及富有感染力的微笑）；Mark Nottinghan（感謝他對 h2 協議的貢獻）；Pat Meenan（感謝他為 Webpagetest.org 做出的數不清的貢獻，這可能是測試 Web 效能最棒的免費工具了）；Andy Davies（本書中廣泛使用的工具 WebPagetest Bulk Tester 就是他開發的）。

感謝本書的編輯 Brian Anderson、Virginia Wilson 和 Dawn Schanafelt，有了他們，一切才變得簡單。還要感謝為本書提供反饋和意見的每一位 h2 專家：Ilya Grigorik、Patrick McManus、Daniel Stenberg、Ragnar Lonn、Colin Bendell、Mark Nottingham、Hooman Beheshti、Rob Trace、Tim Kadlec 以及 Pat Meenan。

Javier Garza

首先，我要感謝妻子 Tina 的支援、鼓勵和理解。感謝我的孩子們（Keona、Diego 和 Lani），在我花費無數個夜晚和週末以及大段的暑假時間寫作本書的時候，他們一如既往地愛著我。感謝我的經理 Aditi 和 Austin，在工作非常緊張的情況下，依然鼓勵我寫作本書。

Stephen Ludin

我最想感謝的是身邊人的耐心。我家人的耐心——感謝 Sarah、Tomas 和 Liam 容忍我以及令人抓狂的出版過程。在寫作過程中，他們的支援是無價的。感謝我的僱主 Akamai 允許我在工作非常忙的時候寫這本書。感謝 O'Reilly 工作人員的耐心，他們非常理解 O'Reilly 作者平日裡的工作已經非常繁忙，只能利用零散的碎片時間來寫作。最後，感謝我父母的耐心，他們的付出我無以為報，唯有珍惜當下——在我 9 歲的時候，父親帶回家一臺 Atari 800，那時他是否知道，這使我從此走上了一條路，並且如今依然奮力前行。

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