第 16 章：HTTP/2

这是《计算机网络 零基础实战指南》的独立章节版。本章从概念、实操和生产排查三个视角展开，代码块保留了原书可直接运行的版本。 HTTP/2 解决 HTTP/1.1 的连接效率问题：请求队头阻塞、头部重复、文本解析成本和难以并行。它通过二进制分帧、流多路复用、HPACK 头部压缩和单个 TCP 连接复用，显著提升高延迟链路和多请求页面的加载性能。

16.1 HTTP/1.1 的问题

HTTP/1.1 常见优化：

1. 浏览器对同一域名开启多个并发连接
2. 静态资源分到多个域名
3. Sprite、内联资源
4. 减少请求次数

原因：

1. 同一连接上响应必须按请求顺序返回；
2. 前一个慢响应会阻塞后续响应；
3. 头部大量重复；
4. 文本解析成本高；
5. 多连接带来更多握手和拥塞竞争。

16.2 二进制分帧

HTTP/2 将消息拆成帧：

| Length | Type | Flags | Stream Identifier | Frame Payload |

常见帧：

一个请求或响应是一个流，流由多个帧组成。

16.3 多路复用

TCP Connection
  |-- Stream 1：GET /api/user
  |-- Stream 3：GET /api/orders
  |-- Stream 5：POST /api/payment
  +-- Stream 7：GET /static/app.js

多个流共享一条连接，帧可以交错传输。高 RTT 网络中，不必为每个资源重新建连，也不必等待浏览器连接池分配。

多路复用不能突破 TCP 单字节流限制：

HTTP/2 消除应用层请求队头阻塞
但 TCP 任何一个包丢失会阻塞所有流的字节交付

这是 HTTP/3 和 QUIC 的重要动机。

16.4 HPACK

HPACK 压缩头部：

1. 静态表保存常见头部；
2. 动态表保存连接内重复头部；
3. 使用 Huffman 编码减少体积；
4. 头部字段通过索引引用。

注意：

1. 动态表依赖连接状态；
2. 头部大小需限制，防止内存攻击；
3. 敏感头部可标记 never indexed；
4. 压缩对高重复请求收益明显。

16.5 流优先级与依赖

HTTP/2 早期通过流依赖和权重表达优先级，实践中浏览器策略差异较大，后续标准演进引入了更简单的优先级信号。

工程目标：

1. 关键 HTML 和 CSS 先传输；
2. 首屏图片优先；
3. 大文件不阻塞关键请求；
4. 服务端可根据资源类型和业务重要性调度。

优先级只是建议，网络、服务器实现和调度策略都会影响最终顺序。

16.6 流量控制

HTTP/2 有连接级和流级窗口：

WINDOW_UPDATE

作用：

1. 避免高速流淹没接收方；
2. 控制单个流占用缓冲；
3. 支持流级别的背压。

问题：

1. 窗口过小限制吞吐；
2. 应用读取慢会阻塞流；
3. 代理转发慢会放大延迟；
4. 高吞吐服务需评估缓冲策略。

16.7 服务端推送

服务端推送允许服务器主动发送预测资源，但实践中存在以下问题：

1. 客户端缓存判断困难；
2. 推送资源可能不需要；
3. 占用关键带宽；
4. 浏览器支持逐步弱化；
5. 现代实现更倾向预加载提示。

不建议把服务端推送作为核心性能方案。

16.8 部署与调试

启用条件：

HTTPS + ALPN h2

Nginx 新版本示例：

server {
    listen 443 ssl;
    http2 on;
    server_name www.example.com;
}

不同版本配置语法可能不同，旧版本可能使用 listen 443 ssl http2;。

查看协议：

curl -I --http2 https://www.example.com
curl -v --http2 https://www.example.com
nghttp -v https://www.example.com

浏览器开发者工具的 Protocol 列也可以查看是否为 h2。

16.9 常见问题

单连接竞争

大量下载共享一条 TCP 连接，可能影响关键小请求。可用限速、资源优化和 HTTP/3 缓解。

中间设备兼容

代理、LB、WAF 必须正确转发 HTTP/2，或明确终止后转为 HTTP/1.1。

头部过大

检查 HPACK、日志中间件和头部大小限制。

流重置

客户端取消页面请求会发送 RST_STREAM，需区分正常取消和异常崩溃。

连接突然关闭

观察 GOAWAY、空闲超时、TLS 错误和 LB 策略。

本章小结

HTTP/2 使用二进制分帧和流实现多路复用，用 HPACK 减少重复头部，用连接级和流级窗口实现流量控制。它降低了高延迟链路上的建连和排队成本，但仍受 TCP 队头阻塞影响。部署需 HTTPS 和 ALPN，排查时应关注流状态、流量控制、代理兼容和连接超时。

思考题

1. HTTP/2 如何解决 HTTP/1.1 的请求队头阻塞？
2. 为什么 HTTP/2 仍有 TCP 队头阻塞？
3. HPACK 的动态表有什么作用？
4. HTTP/2 流量控制和 TCP 滑动窗口有什么区别？
5. 如何验证线上站点已经启用 HTTP/2？