使用 HTTP/2 提升性能的 7 個建議
歷史悠久的超文本傳輸協(xié)議，即HTTP標(biāo)準，最近版本升級了。HTTP/2在2015年5月被批準，目前已經(jīng)在很多Web瀏覽器和服務(wù)器中得到實現(xiàn)（包括NGINX Plus和開源NGINX）。大約有三分之二的瀏覽器已經(jīng)支持HTTP/2，而且這個比例每月都在增加。
HTTP/2構(gòu)建在Google SPDY協(xié)議基礎(chǔ)之上，Chrome將在2016年年初停止對后者的支持。NGINX是最早支持SPDY的，如今同樣率先支持了HTTP/2。為此，我們還發(fā)布了詳盡的白皮書（PDF），介紹了HTTP/2以及它如何基于SPDY構(gòu)建，并展示了如何實現(xiàn)這個新協(xié)議。
HTTP/2的重要特性完全源自SPDY。
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HTTP/2是二進制（而文本）協(xié)議，因此更簡潔高效；
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它針對每個域只使用一個多路復(fù)用的連接，而不是每個文件一個連接；
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首部使用特制的HPACK協(xié)議（而非SPDY中使用的gzip）壓縮；
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HTTP/2設(shè)計了復(fù)雜的優(yōu)先級排定規(guī)則，幫助瀏覽器首先請求最急需的文件，而NGINX已經(jīng)支持（SPDY的方案要簡單一些）。
現(xiàn)在，你需要決定是否遷移到HTTP/2，而其中關(guān)鍵是知道如何***限度地利用它。這篇文章會帶你了解從性能角度考慮為什么要做這個決定，以及如何實現(xiàn)。接下來我們要逐一討論關(guān)于HTTP/2性能的7個小建議。
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現(xiàn)在是否需要遷移到HTTP/2
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終止HTTP/2和TLS
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考慮從SPDY開始
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找出為HTTP/1.x優(yōu)化的代碼
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部署HTTP/2或SPDY
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再談HTTP/1.x優(yōu)化
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實現(xiàn)智能分域
注意：嚴格來講，SPDY和HTTP/2都不需要TLS，但它們在使用SSL/TLS的時候用處***，而且瀏覽器只在使用SSL/TLS時才支持SPDY或HTTP/2。
建議一：現(xiàn)在是否需要遷移到HTTP/2
實現(xiàn)HTTP/2很簡單，看看我們的白皮書就明白了。不過，HTTP/2并不是***的銀彈，它只對某些Web應(yīng)用有用，對另外一些則沒那么有用。
如果你使用SSL/TLS（以后簡稱TLS），那么HTTP/2可以提升網(wǎng)站性能。如果你沒有，那在使用HTTP/2之前要先支持TLS。這時候，使用TLS的性能損耗大致可以被使用HTTP/2的性能提升抵銷。不過還是建議你在實際應(yīng)用之前先測試一下。
HTTP/2有五大優(yōu)勢。
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每個服務(wù)器只用一個連接。HTTP/2對每個服務(wù)器只使用一個連接，而不是每個文件一個連接。這樣，就省掉了多次建立連接的時間，這個時間對TLS尤其明顯，因為TLS連接費時間。
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加速TLS交付。HTTP/2只需一次耗時的TLS握手，并且通過一個連接上的多路利用實現(xiàn)***性能。HTTP/2還會壓縮首部數(shù)據(jù)，省掉HTTP/1.x時代所需的一些優(yōu)化工作，比如拼接文件，從而提高緩存利用率。
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簡化Web應(yīng)用。使用HTTP/2可以讓W(xué)eb開發(fā)者省很多事，因為不用再做那些針對HTTP/1.x的優(yōu)化工作了。
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適合內(nèi)容混雜的頁面。HTTP/2特別適合混合了HTML、CSS、JavaScript、圖片和有限多媒體的傳統(tǒng)頁面。瀏覽器可以優(yōu)先安排那些重要的文件請求，讓頁面的關(guān)鍵部分先出現(xiàn)，快出現(xiàn)。
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更安全。通過減少TLS的性能損失，可以讓更多應(yīng)用使用TLS，從而讓用戶信息更安全。
相應(yīng)地，HTTP/2也有五個不足之處。
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單連接開銷比較大。HPACK數(shù)據(jù)壓縮算法會更新兩端的查找表。這樣可以讓連接有狀態(tài)，而破壞狀態(tài)就意味著要重建查找表，另外單連接占用內(nèi)存較多。
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你可能不需要SSL。如果你的數(shù)據(jù)不需要保護，或者已經(jīng)使用DRM或其他編碼進行保護了，那么TLS的安全性對你可能無所謂。
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需要拋棄針對HTTP/1.x的優(yōu)化。HTTP/1.x優(yōu)化在支持HTTP/2的瀏覽器中會影響性能，因此可能需要花時間把它們推倒重來。
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對下載大文件不利。如果你的應(yīng)用主要提供大文件下載或者流媒體播放，那可能不想用TLS，而且在只有一個流的情況下，多路復(fù)用也體現(xiàn)不出什么優(yōu)勢。
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你的客戶也許不在乎。你的客戶很可能不在乎他分享的自家貓咪的視頻是否受到TLS和HTTP/2的保護。
總之，一切要看性能。這方面，有好消息也有壞消息。
好消息是我們在內(nèi)部對NGINX做過測試，結(jié)果從理論上能夠得到印證：對于要通過典型網(wǎng)絡(luò)延遲請求的混合內(nèi)容網(wǎng)頁，HTTP/2的性能好于HTTP/1.x和HTTPS?；谶B接的RTT，結(jié)果可以分三種情況。
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很低的RTT（0-20ms）：HTTP/1.x、HTTP/2和HTTPS基本無差別。
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典型網(wǎng)絡(luò)RTT（30-250ms）：HTTP/2比HTTP/1.x快，而且它們都比HTTPS快。美國兩個相鄰城市間的RTT約為30 ms，而東西海岸間（約3000英里）則約為70 ms。東京到倫敦間最短路徑的RTT大約240 ms。
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高RTT（300ms及以上）：HTTP/1.x比HTTP/2快，后者又比HTTPS快。
這張圖顯示了***渲染的時間，也就是用戶***次在自己屏幕上看到網(wǎng)頁內(nèi)容的時間。這個時間一般認為關(guān)系到用戶對網(wǎng)站響應(yīng)速度的感知。
要想了解我們測試的更多內(nèi)容，請看這個HTTP/2的介紹視頻，來源是nginx.conf 2015。
然而，每個網(wǎng)頁都不相同，實際上每個用戶的會話也不一樣。如果你托管流媒體或提供大文件下載，那你的決定可能不一樣，甚至相反。
你最終可能發(fā)現(xiàn)投入產(chǎn)出比并不明顯。如果是這樣，那你得多學(xué)習(xí)一下，針對自己的內(nèi)容多做一些測試，然后咱們可以聊一聊。（想找點資料？可以看看NGINX網(wǎng)絡(luò)研討：What’s New in HTTP/2?）。
建議二：終止HTTP/2和TLS
終止協(xié)議意味著客戶端使用期望的協(xié)議連接代理服務(wù)器，比如TLS或HTTP/2，然后代理服務(wù)器再去連接應(yīng)用服務(wù)器、數(shù)據(jù)庫服務(wù)器等，但不需要使用相同的協(xié)議，如下圖所示。
使用獨立的服務(wù)器終止協(xié)議意味著使用多服務(wù)器架構(gòu)。多服務(wù)器可能是多個物理服務(wù)器、多個虛擬服務(wù)器，或者AWS這樣的云環(huán)境中的多個虛擬服務(wù)器實例。多服務(wù)器就比單服務(wù)器復(fù)雜，或者比應(yīng)用服務(wù)器/數(shù)據(jù)庫服務(wù)器的組合復(fù)雜。不過，多服務(wù)器架構(gòu)有很多好處，而且很多流量大的網(wǎng)站也必須用這種架構(gòu)。
配置了服務(wù)器或者虛擬服務(wù)器之后，很多事情都成為可能。新服務(wù)器可以分擔(dān)其他服務(wù)器的負載，可用于負載平衡、靜態(tài)文件緩存和其他用途。另外，也可以讓添加和替換應(yīng)用服務(wù)器或其他服務(wù)器更容易。
NGINX和NGINX Plus經(jīng)常被用來終止TLS和HTTP/2協(xié)議、負載平衡。已有環(huán)境不必改動，除非要把NGINX服務(wù)器挪到前端。
建議三：考慮從SPDY開始
SPDY是HTTP/2的上一代，總體性能相同。因為它已經(jīng)出現(xiàn)好幾年了，所以有很多瀏覽器支持SPDY卻不支持HTTP/2。不過，在本文寫作時，這個支持上的差距正在縮小。具體來說，有三分之二的瀏覽器支持HTTP/2，而有五分之四的瀏覽器支持SPDY。
如果你著急采用新的Web傳輸協(xié)議，又想盡可能覆蓋更多用戶，可以先從SPDY開始。然后到2016年初，即谷歌不再支持SPDY的時候，再切換到 HTTP/2，很簡單，至少在NGINX中如此。那時候，更多用戶會擁有支持HTTP/2的瀏覽器，而你已經(jīng)為其中大部分用戶提供了很好的性能。
建議四：找出為HTTP/1.x優(yōu)化的代碼
在決定采用HTTP/2之前，首先得知道你的代碼有哪些是針對HTTP/1.x優(yōu)化過的。大概有四方面的優(yōu)化。
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分域存儲。為了實現(xiàn)并行請求文件，你可能把文件分散到了不同的域里，CDN會自動這么做。但分域存儲會影響HTTP/2的性能，建議使用HTTP/2友好的分域存儲（參見建議七），只針對HTTP/1.x用戶分域。
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圖片精靈（sprites）。圖片精靈把很多圖片拼成一個文件，然后通過代碼按需取得每個圖片。圖片精靈在HTTP/2的環(huán)境下沒太大用處，但還是有點用的。
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拼接的代碼文件。與使用圖片精靈的原因類似，很多獨立的文件也會被弄成一個，然后瀏覽器再從其中找到并運行需要的文件。
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內(nèi)聯(lián)文件。CSS代碼、JavaScript代碼，甚至圖片等被直接插到HTML文件中的內(nèi)容。這樣可以減少文件傳輸，代價是初始HTML文件較大。
后面三種優(yōu)化都涉及把小文件塞進一個較大的文件里，目的是減少新建連接的初始化和握手，這些操作對TLS而言非常費時間。
***種優(yōu)化即分域存儲恰恰相反，強制打開多個連接，目的是并行地從不同的域獲取文件。這兩種看似矛盾的技術(shù)對于HTTP/1.x下的站點卻十分有效。然而，要用好這兩種技術(shù)，必須投入大量時間、精力和資源，用于實現(xiàn)、管理和運維。
在采用HTTP/2之前，需要找出應(yīng)用了這些優(yōu)化的代碼，分析一下它們會不會影響你的應(yīng)用設(shè)計和工作流程。這樣在遷移到HTTP/2之后，就可以著手改造它們，甚至撤銷某些優(yōu)化。
建議五：部署HTTP/2或SPDY
事實上，部署HTTP/2或SPDY并不難。如果你使用NGINX，只要在配置文件中啟動相應(yīng)的協(xié)議就可以了，參見這里了解如何啟用HTTP/2。瀏覽器和服務(wù)器會協(xié)商采用什么協(xié)議，如果瀏覽器支持HTTP/2（而且也在使用TLS），就會使用HTTP/2。
配置完服務(wù)器后，使用支持HTTP/2瀏覽器的用戶就會基于HTTP/2運行你的應(yīng)用，而使用舊版本瀏覽器的用戶則會繼續(xù)使用HTTP/1.x運行你的應(yīng)用，如下圖所示。如果你的網(wǎng)站流量非常大，那么應(yīng)該監(jiān)測改變前后的性能，對于性能降低的情況，可能就得撤銷更改。
注意：使用HTTP/2及其單連接之后，NGINX某些配置的重要性會很明顯，特別要注意的是output_buffers、proxy_buffers和ssl_buffer_size等指令，多測試一下。參見常規(guī)配置提示，特定的SSL建議（在這里 和 這里），以及NGINX關(guān)于SSL性能的白皮書。
注意：使用HTTP/2傳輸密文要格外注意。HTTP/2的RFC中有一個長長的列表，列出了要避免的加密套件。建議你自己也搞一個表格，啟用ssl_buffer_size，然后在所有常用的瀏覽器版本下測試你想用的加密套件。
建議六：再談HTTP/1.x優(yōu)化
你說奇怪不，撤銷和修改針對HTTP/1.x優(yōu)化的代碼居然是實現(xiàn)HTTP/2最有創(chuàng)意的部分。這里面有幾個問題要注意，因為很多事怎么做都是可以的。
在開始運作之前，必須考慮舊版本瀏覽器用戶是否好過。之后，可以采取三個策略撤銷和修改HTTP/1.x的優(yōu)化。
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什么也不用做。假如你并沒有針對HTTP/1.x做過優(yōu)化，或者只做過少量優(yōu)化，那么你幾乎什么也不用做，就可以直接遷移到HTTP/2。
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有選擇地去做。第二種情況是減少合并某些文件，而不是完全不合并。比如，牽扯到很多場景的圖片精靈就不用動，而被塞得滿滿的HTML可能就要分離出來一些。
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完全撤銷HTTP/1.x優(yōu)化（不過請先參考建議七中關(guān)于分域存儲的建議）。可以不再做以前做過的任何優(yōu)化。
緩存還是普適的。理論上，緩存操作非常適合小文件特別多的情況。但是，小文件多也意味著文件I/O多。因此一些相近文件的合并還是必要的，一方面要考慮工作流程，另一方面要考慮應(yīng)用性能。建議多關(guān)注一下其他人在過渡到HTTP/2過程中的一些經(jīng)驗。
建議七：實現(xiàn)智能分域
分域存儲可能是最極端但也最成功的HTTP/1.x優(yōu)化策略。它能夠提升HTTP/1.x下的應(yīng)用性能，但在HTTP/2之下，其性能提升可以忽略不講（因為只有一個連接。)
對HTTP/2友好的分域，要保證以下兩點。
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讓多個域名解析到同一個IP。
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確保證書包含通配符，以便所有分域名都可以使用，適當(dāng)?shù)亩嘤蜃C書當(dāng)然也可以。
具體細節(jié)，請參考這里。
有了這些保障，分域還會繼續(xù)對HTTP/1.x有效，即域名仍然可以觸發(fā)瀏覽器創(chuàng)建更多連接，但對HTTP/2則無效，因為這些域名會被看成同一個域，一個連接就可以訪問所有域名了。
小結(jié)
HTTP/2和TLS組合可以提升你的站點性能，并且讓用戶覺得你的網(wǎng)站很安全。無論你是率先在自己的應(yīng)用里實現(xiàn)HTTP/2，還是要趕超競爭對手，都可以又快又好地實現(xiàn)對HTTP/2的支持。
希望這篇文章能讓你以最少的努力獲得***的HTTP/2性能收益，而且從此你可以把注意力集中到編寫更快、更有效、更安全的應(yīng)用上，讓自己的應(yīng)用更容易維護和運維。
參考資源
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要全面了解HTTP/2，可以看看NGINX的白皮書（PDF）。
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要了解我們測試的細節(jié)，參考這里HTTP/2 presentation。
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NGINX有一個Web研討班：What’s New in HTTP/2?，討論了核心特性并給出了實現(xiàn)建議。
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要了解NGINX關(guān)于性能的建議，請參考我們的博客：10 Tips for 10x Application Performance。
