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5 years ago
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HTTP/2 协议
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### 目录
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1. HTTP/2 分层
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2. 连接
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3. 帧
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4. 流
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### HTTP/2 分层
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HTTP/2 大致可以分为两部分：分帧层，即 h2 多路复用能力的核心部分；数据或 http 层，其中包含传统上被认为是 HTTP 及其关联数据的部分。彻底分开这两层，把它们当成彼此独立的事物。
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尽管数据层被设计成可以向后兼容 HTTP/1.1，对于熟悉 h1 并习惯于阅读线上协议的开发者来说，还有些地方需要重新确认。
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**二进制协议**
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h2 的分帧层是基于帧的二进制协议。这方便了机器解析，但是肉眼识别起来非常困难。
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**首部压缩**
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仅仅使用二进制协议似乎还不够，h2 的首部还会被深度压缩，这将显著减少传输中的冗余字节。
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**多路复用**
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在你喜爱的调试工具里查看基于 h2 传输的连接的时候，你会发现请求和响应交织在一起。
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##### 加密传输
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最重要的是，线上传输的绝大部分数据是加密过的，所以在中途读取会更加困难。
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### 连接
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连接是所有 HTTP/2 会话的基础元素，其定义是客户端初始化一个 TCP/IP socket，客户端是指发送 HTTP 请求的实体。这和 h1 是一样的，不过与完全无状态的 h1 不同的是，h2 把它所承载的帧和流共同依赖的连接层元素捆绑在一起，其中既包含连接层设置也包含首部表。
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是否支持 h2？
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协议发现 --- 识别终端是否支持你想要使用的协议，会比较棘手。HTTP/2 提供两种协议发现的机制。
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在连接不加密的情况下，客户端会利用 Upgrade 首部来表明期望使用 h2，如果服务器也可以支持 h2，它会返回一个 “101 Switching Protocols”（协议转换）响应，这增加了一轮完整的请求 - 响应通信。
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如果连接基于 TLS，情况就不同了。客户端在 Clienthello 消息中设置 ALPN（应用层协议协商）扩展来表明期望使用 h2 协议，服务器用同样的方式回复。如果使用这种方式，那么 h2 在创建 TLS 握手的过程中完成协商，不需要多余的网络通信。
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为了向服务器双重确认客户端支持 h2，客户端会发送一个叫做 connection preface（连接前奏）的魔法字节流，作为连接的第一份数据。这主要是为了应对客户端通过纯文本的 HTTP/1.1 升级上来的情况，该数据的 ASCII 为：
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```
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PRI * HTTP/2.0\r\n\r\nSM\r\n\r\n
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```
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这个字符串的用处是，如果服务器不支持 h2，就会产生一个显式错误。这个消息特意设计成 h1 消息的样式，如果运行良好的 h1 服务器收到这个字符串，它会阻塞这个方法（PRI）或者版本（HTTP/2.0），并返回错误，可以让 h2 客户端明确的知道发生了什么错误。
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### 帧
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HTTP/2 是基于帧的协议，采用分帧是为了将重要信息封装起来，让协议的解析方可以轻松阅读、解析并还原信息。相比之下，h1 不是基于帧的，而是以文本分割。
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下面是一个 HTTP/2 帧的结构：
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前九个字节对于每个帧是一致的，解析时只需要读取这些字节，就可以准确的知道在整个帧中期望的字节数。其中每个字段的说明，如下表：
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| 名称 | 长度 | 描述 |
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| ---------------- | -------- | ---------------------------------------- |
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| Length | 3 字节 | 表示帧负载的长度 |
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| Type | 1 字节 | 当前帧类型 |
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| Flags | 1 字节 | 具体帧类型的标识 |
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| R | 1 位 | 保留位，不要设置 |
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| Stream Identifer | 31 位 | 每个流的唯一 ID |
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| Frame Payload | 长度可变 | 真实的帧内容，长度在 Length 字段中设置的 |
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HTTP/2 帧类型：
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| 名称 | ID | 描述 |
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| ------------- | ---- | -------------------------------------- |
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| DATA | 0x0 | 传输流的核心内容 |
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| HEADERS | 0x1 | 包含 HTTP 首部，和可选的优先级参数 |
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| PRIORITY | 0x2 | 指示或者更改流的优先级和依赖 |
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| RSY_STREAM | 0x3 | 允许一端停止流 |
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| SETTINGS | 0x4 | 协商连接时参数 |
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| PUSH_PROMISE | 0x5 | 提示客户端，服务器要推送些东西 |
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| PING | 0x6 | 测试连接可用性和往返时延 |
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| GOAWAY | 0x7 | 告诉另一端，当前端已结束 |
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| WINDOW_UPDATE | 0x8 | 协商一端将要接收多少字节，用于流量控制 |
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| CONTINUATION | 0x9 | 用以扩展 HEADER 数据库 |
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### 流
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HTTP/2 规范对流的定义是：HTTP/2 连接上独立的、双向的帧序列交换。你可以将流看作在连接上的一系列帧，它们构成了单独的 HTTP 请求和响应。如果客户端想要发出请求，它会开启一个新的流。然后，服务器将在这个流上回复。这与 h1 的请求/响应流程类似，重要的区别在于，因为有分帧，所以多个请求和响应可以交错，而不会互相阻塞。流 ID（帧首部的第 6~9 字节）用来标识帧所属的流。
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客户端到服务器的 h2 连接建立之后，通过发送 HEADERS 帧来启动新的流，如果首部需要跨多个帧，可能还会发送 CONTINUATION 帧。该 HEADERS 帧可能来自 HTTP 请求，也可能来自响应，具体取决于发送方。后续流启动的时候，会发送一个带有递增流 ID 的新的 HEADERS 帧。
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> CONTINUATION 帧
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> HEADERS 帧通过在帧的 Flags 字段中设置 END_HEADERS 标识位来标识首部结束。在单个 HEADERS 帧装不下所有 HTTP 首部的情况下，不会设置 END_HEADERS 标识位，而是在之后跟随一个或多个 CONTIUNATION 帧。我们可以把 CONTINUATION 帧当做特殊的 HEADERS 帧。那么，为什么要使用特殊的帧，而不是再次使用 HEADERS 帧？如果重复使用 HEADERS，那么后续的 HEADERS 帧的负载就得经过特殊处理才能和之前的拼接起来。
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> 需要注意的是，由于 HEADERS 和 CONTINUATION 帧必须是有序的，使用 CONTINUATION 帧会破坏或减损多路复用的益处。CONTINUATION 帧是解决重要场景（大首部）的工具，但只能在必要时使用。
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### 消息
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