源起

协议格式

分帧层

帧类型

首部压缩

交互流程

Curl 查看 HTTP/2

浏览器查看HTTP/2

其他

优化

HTTP/2使用率

参考资料

因为HTTP/1.1性能以及速度方面的问题，人们想了一系列的优化措施。当优化措施依然不能满足要求时，就需要对协议进行升级。于是，有了HTTP/2。

源起

HTTP/2基于SPDY。SPDY 音同SPEEDY，也就是快，如果你看过手把手带你体验 HTTP/3 或者【技术】QUIC的那些事 | QUIC为什么那么快，那么也就知道这个套路了。

2009 年，Google 的工程师Mike Belshe 和Roberto Peon 提出了一种HTTP 的替代方案：SPDY。

SPDY 不是第一个希望替代HTTP 的方案，但它是其中最重要的一个，因为它带来了显而易见的性能提升。

SPDY为HTTP/2 奠定了基础，并证明了其中一些关键特性的合理性，如多路复用、帧和首部压缩等。SPDY很快被整合进了Chrome 和Firefox，并最终几乎被所有主流浏览器所采有。而且几乎在同一时间，服务器和网络代理也对SPDY 提供了必要的支持。

2012 年初，HTTP 工作组启动了开发下一个HTTP 版本的工作，其纲领的关键部分阐述了工作组对新协议的一些期望，HTTP/2 的主要目标是改进传输性能，实现低延迟和高吞吐量。

HTTP/2 被寄予了如下期望：

相比于使用TCP 的HTTP/1.1，最终用户可感知的多数延迟都有能够量化的显著改善；
解决HTTP 中的队头阻塞问题；
并行的实现机制不依赖与服务器建立多个连接，从而提升TCP 连接的利用率，特别是在拥塞控制方面；
保留HTTP/1.1 的语义，可以利用已有的文档资源（如上所述），包括（但不限于）HTTP 方法、状态码、URI 和首部字段；
明确定义HTTP/2 和HTTP/1.x 交互的方法，特别是通过中介时的方法（双向）；明确指出它们可以被合理使用的新的扩展点和策略。

工作组发出了征求建议书的通知，并最终决定使用SPDY 作为HTTP/2 的起点。RFC 7540 在2015 年5 月14 日发布了，HTTP/2 成为正式协议。

HTTP/2浏览器支持情况:

备注：HTTP/2也写作HTTP2、H2

协议格式

分帧层

HTTP /2 性能增强的核心，全在于新增的二进制分帧层，它定义了如何封装HTTP 消息并在客户端与服务器之间传输。

HTTP2二进制分帧层

这里所谓的“层”，指的是位于套接字接口与应用可见的高层HTTP API 之间的一个新机制。HTTP 的语义，包括各种动词、方法、首部，都不受影响，不同的是传输期间对它们的编码方式变了。HTTP/1 以换行符作为纯文本的分隔符，而HTTP2 将所有传输的信息分割为更小的消息和帧，并对它们采用二进制格式的编码（HTTP为ASCII）。

所有HTTP/2 通信都在一个连接上完成，这个连接可以承载任意数量的双向数据流。相应地，每个数据流以消息的形式发送，而消息由一或多个帧组成，这些帧可以乱序发送，然后再根据每个帧首部的流标识符重新组装。

要理解HTTP/2，就必须理解流、消息和帧这几个基本概念。

所有通信都在一个 TCP 连接上完成（HTTP1，对单个域名，可能打开4~6个TCP连接）。
流是连接中的一个虚拟信道，可以承载双向的消息；每个流都有一个唯一的整数标识符（1、2…N）。
消息是指逻辑上的 HTTP 消息，比如请求、响应等，由一或多个帧组成。
帧是最小的通信单位，承载着特定类型的数据，如 HTTP 首部、负荷，等等

帧由帧首部和负载组成，帧首部长度相同，都是9个字节：

具体字段含义如下：

帧类型

帧类型如下：

1. DATA帧

2. HEADERS帧

3. PRIORITY帧

4. RST_STREAM帧

关闭连接时使用，类似于TCP的RST。

5. SETTINGS帧

如果一端接收并处理了SETTINGS 帧，就必须返回一个SETTINGS 帧，在帧首部中带上ACK 标识（0x1）。这是SETTINGS 帧里定义的唯一的标识位。这样发送端就知道接收端收到了新的SETTINGS 帧，并会遵守SETTINGS 帧的设置。

6. PUSH_PROMISE帧

7. PING帧

作用类似于 ping 。

8. GOAWAY帧

9. WINDOW_UPDATE帧

备注：WINDOW_UPDATE 帧没有专用标识

10. CONTINUATION帧

首部压缩

HTTP 的每一次通信都会携带一组首部，用于描述传输的资源及其属性。在HTTP1 中，这些元数据都是以纯文本形式发送的，通常会给每个请求增加500~800 字节的负荷。如果算上HTTP cookie，增加的负荷通常会达到上千字节。为减少这些开销并提升性能，HTTP/2 会压缩首部元数据：

HTTP/2 在客户端和服务器端使用“首部表”来跟踪和存储之前发送的键－值对
首部表在HTTP/2的连接存续期内始终存在，由客户端和服务器共同渐进地更新
每个新的首部键－值对要么被追加到当前表的末尾，要么替换表中之前的值

交互流程

HTTP2的交互流程：

HTTP2流、消息和帧

HTTP2：多向请求和响应

HTTP/2 新增的一个强大的新功能，就是服务器可以对一个客户端请求发送多个响应。除了对最初请求的响应外，服务器还可以额外向客户端推送资源而无需客户端明确地请求。

HTTP2推送

Curl 查看 HTTP/2

通过curl查看HTTP2的交互流程：curl -v --http2 https://cn.bing.com

备注：H2即为HTTP/2

从交互可以看出cn.bing.com即支持HTTP/2，也支持HTTP/1.1，由于上层指定了HTTP/2，因此最终的交互流程是HTTP/2.

对应抓包如下：

在抓包中，我们也能看出当前走的是HTTP/2协议，任选TLSv1.2的Application Data行，并点开：

抓包显示，也确实是HTTP/2协议。

HTTP/2默认支持HTTPS，端口为443。

如果不指定HTTP/2，输入命令：curl -v https://cn.bing.com，输出如下：

对应抓包为：

实际上，到这步，抓包中并没有显示到底是HTTP/2还是HTTP/1，任选TLSv1.2的Application Data行，并点开，看具体传输报文：

备注：

在测试过程中，发现cn.bing.com有测不准原理，有些时候返回支持HTTP/2和HTTP1.1、有些时候只返回HTTP1.1（通过ALPN），因此即使指定了HTTP/2，也不一定走HTTP2流程。
在Windows下测试时，有些时候虽然不指定HTTP/2，当cn.bing.com返回HTTP/2时，也会走HTTP/2，不确定这个是curl默认选的，还是curl缓存了之前的设置。