从HPACK到多路复用，揭秘HTTP/2如何终结网络拥堵

头部压缩 (HPACK)
在HTTP/1中，每个请求和响应都会发送大量重复的头部信息，比如 Cookie、User Agent、Accept 等，会使得大量带宽被这些冗余的数据占用。为了解决这个问题，HTTP/2引入了HPACK算法来压缩头部信息。HPACK算法有两个主要的特性。
1）静态表（Static Table）和动态表（）：用来存储头部字段。静态表包含了61 种常见的头部字段，如":method"、":path"等。动态表则是在会话过程中动态更新，它存储了最近使用的头部字段。同时HPACK会建立一种称为“索引”的机制，用于快速查找和引用两个表中的键值对。这样对于相同的键值对数据，只需发送对应的键值就行。
1）静态表 (Static Table): 预定义了61个常用的HTTP头部字段名及其常见值（如 :method: GET, accept-encoding: gzip, deflate）。这些条目有固定的索引。
2）动态表 (Dynamic Table): 在连接的生命周期内，由编码器和解码器共同维护。新遇到的或不适合静态表的头部键值对可以添加到动态表中，并赋予动态索引。后续传输相同的头部时，只需发送其索引。
3）霍夫曼编码：用来压缩头部字段的值。霍夫曼编码是一种可变长度编码方法，将较短的代码分配给出现机率高的字母，而较长的代码分配给出现机率低的字母。这样可以使编码之后的字符串的平均长度降低，从而达到压缩数据的目的。
需注意的是，HPACK只用于压缩HTTP头部信息。另外假如每次请求的头部信息不一样，也会导致动态表建立过多索引，从而导致占用太多内存。因此服务器会对一个连接上的请求数量做限制（http2_max_concurrent_Streams），避免动态表无限增大。

多路复用 (Multiplexing)
在HTTP/1中，如果想并发发送多个请求，必须创建多个TCP连接，每个 TCP 连接都要经过 TCP 握手、慢启动以及 TLS 握手过程，这些都很耗时。浏览器为了减少负载，会对同一域名下的TCP连接做限制，这样当请求量比较大时，会引起阻塞，如下图，Stalled 阻塞已经达到356ms。如果当前请求响应迟迟不来，那么后续的请求是无法发送的，也造成了队头阻塞（Head-of-line blocking）的问题。

在 HTTP/2 中，有二进制分帧之后，HTTP/2 不再依赖 TCP 链接去实现多流并行，而是基于多个并行流复用单TCP连接的方式来实现多路复用（Multiplexing）:
1）同个域名只需要占用一个 TCP 连接，单个TCP 连接可以承载任意数量的双向流，这些流并行交错，之间互不干扰。
2）流以消息的形式发送，而消息又由一个或多个帧组成，不同流的帧是可以乱序发送，因为可以根据帧首部的流标识重新组装。同一个流内的帧必须是有序的。
流标识符是实现多路复用的关键，如下图，服务端并行交错地发送了两个响应： 流1和流 3，这两个流都是跑在一个TCP连接上，客户端收到后，会根据相同的流标识符有序组装成 HTTP 消息。

客户端和服务器可以建立双向流，服务端可以主动推送资源给客户端。 客户端建立的流必须是奇数号，而服务器建立的流必须是偶数号。
比如下图，流1是客户端向服务端请求的资源，属于客户端建立的流，所以该流的ID是奇数（数字 1）；流 2 和 4 都是服务端主动向客户端推送的资源，属于服务端建立的流，所以这两个流的 ID 是偶数（数字 2 和 4）。

HTTP/2 还可以对每个流设置不同优先级，帧头中的“标志位”可以设置优先级，比如客户端访问 HTML/CSS 和图片资源时，希望服务器先传递 HTML/CSS，再传图片，那么就可以通过设置流的优先级来实现，以此提高用户体验。

未完待续

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