add《HTTP2 基础教程》

blogs/computer_network/HTTP2 基础教程/HTTP 进化史.md

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+HTTP 进化史
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+### 目录
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+1. HTTP/0.9 和 HTTP/1.0
+2. HTTP/1.1
+3. SPDY 和 HTTP/2
+
+### HTTP/0.9 和 HTTP/1.0
+
+HTTP/0.9 是个相当简单的协议，它只有一个 GET 方法，没有首部，其设计目标就是获取 HTML（其实也就是文本，没有图片）
+
+在 1996 年通过 RFC 1945 制定了 HTTP/1.0 规范。1.0 版本为原有的轻量协议新增了大量内容，它包含了一些我们如今非常熟悉的概念：
+
+* 首部
+* 响应码
+* 重定向
+* 错误
+* 条件请求
+* 内容编码（压缩）
+* 更多的请求方法
+
+尽管相对于 0.9 版本来说，HTTP/1.0 是一个巨大的飞跃，但仍存在很多瑕疵，尤其是不能让多个请求共用一个连接，缺少强制的 Host 首部，并且缓存的选择也相当简陋，这三点影响了 Web 可扩展的方式。
+
+### HTTP/1.1
+
+1.0 版本刚刚制定，1.1 版本就接憧而来。截至目前，1.1 版本的协议已经使用了 20 多年了，它修复了之前提到的 1.0 版本的大量问题。因为强制要求客户端提供 Host 首部，所以虚拟主机托管成为可能，也就是在一个 IP 上提供多个 Web 服务。当使用新的连接指令时，Web 服务器也不需要在每个响应之后关闭连接。这对于提升性能和效率而言意义重大，因为浏览器再也不用为每个请求重新发起 TCP 连接了。
+
+添加的变更如下：
+
+* 缓存相关首部的扩展
+* OPTIONS 方法
+* Upgrade 首部
+* Range 请求
+* 压缩和传输编码
+* 管道化
+
+管道化这种特性允许客户端一次发送所有的请求。但是有些问题阻塞了管道化的普及，服务器仍然只能按顺序响应请求。具体来说，如果某个请求花了很长时间，那么队头阻塞会影响其他请求。
+
+### SPDY 和 HTTP/2
+
+2009 年，Google 提出了 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。
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+IETF 决定使用 SPDY 作为 HTTP/2.0 的起点，最终在 2015 年发布 HTTP/2.0 成为正式协议。
+
+HTTP/2.0 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
+* 解决了 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，包括 HTTP 方法、状态码、URI 和首部字段
+* 明确定义 HTTP/2.0 和 HTTP/1.x 交互的方法
+* 明确指出它们可以被合理使用的新的扩展点和策略

blogs/computer_network/HTTP2 基础教程/HTTP2 协议.md

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+HTTP/2 协议
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+### 目录
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+1. HTTP/2 分层
+2. 连接
+3. 帧
+4. 流
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+### HTTP/2 分层
+
+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。
+
+**二进制协议**
+
+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**
+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。
+
+**多路复用**
+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
+
+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。
+
+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。
+
+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。
+
+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。
+
+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：
+
+```
+PRI * HTTP/2.0\r\n\r\nSM\r\n\r\n
+```
+
+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。
+
+### 帧
+
+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。
+
+下面是一个 HTTP/2 帧的结构：
+
+![](https://i.loli.net/2019/11/11/dlngaVBcK3xAY6Q.png)
+
+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：
+
+| 名称             | 长度     | 描述                                     |
+| ---------------- | -------- | ---------------------------------------- |
+| Length           | 3 字节   | 表示帧负载的长度                         |
+| Type             | 1 字节   | 当前帧类型                               |
+| Flags            | 1 字节   | 具体帧类型的标识                         |
+| R                | 1 位     | 保留位，不要设置                         |
+| Stream Identifer | 31 位    | 每个流的唯一 ID                          |
+| Frame Payload    | 长度可变 | 真实的帧内容，长度在 Length 字段中设置的 |
+
+HTTP/2 帧类型：
+
+| 名称          | ID   | 描述                                   |
+| ------------- | ---- | -------------------------------------- |
+| DATA          | 0x0  | 传输流的核心内容                       |
+| HEADERS       | 0x1  | 包含 HTTP 首部，和可选的优先级参数     |
+| PRIORITY      | 0x2  | 指示或者更改流的优先级和依赖           |
+| RSY_STREAM    | 0x3  | 允许一端停止流                         |
+| SETTINGS      | 0x4  | 协商连接时参数                         |
+| PUSH_PROMISE  | 0x5  | 提示客户端，服务器要推送些东西         |
+| PING          | 0x6  | 测试连接可用性和往返时延               |
+| GOAWAY        | 0x7  | 告诉另一端，当前端已结束               |
+| WINDOW_UPDATE | 0x8  | 协商一端将要接收多少字节，用于流量控制 |
+| CONTINUATION  | 0x9  | 用以扩展 HEADER 数据库                 |
+
+### 流
+
+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。
+
+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。
+
+> CONTINUATION 帧
+>
+> 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。
+>
+> 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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blogs/computer_network/HTTP2 基础教程/Web 优化 “黑魔法” 的动机与方式.md

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+Web 优化 “黑魔法” 的动机与方式
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+### 目录
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+1. 关键性能指标
+2. HTTP/1 的问题
+3. Web 性能优化最佳实践
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+### 关键性能指标
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+指标：延迟、带宽。
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+#### 延迟
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+延迟是指 IP 数据包从一个网络端点到另一个网络端点所花费的时间。与之相关的是往返时延（RTT），它是延迟的时间的两倍。延迟是制约 Web 性能的主要瓶颈，尤其对于 HTTP 这样的协议，因为其中包含大量往返于服务器的请求。
+
+#### 带宽
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+只要带宽没有饱和，两个网络端点之间的连接会一次处理尽可能多的数据量。依据 Web 页面引用资源的大小和网络连接的传输能力，带宽可能会成为性能的瓶颈。
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+### HTTP/1 的问题
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+问题：队头阻塞、低效的 TCP 利用、臃肿的首部和受限的优先级设置。
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+#### 队头阻塞
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+浏览器很少只从一个域名获取一份资源。大多数时候，它希望能同时获取许多资源。设想这样一个网站，它把所有图片放在单个特定的域名下。HTTP/1 并未提供机制来同时请求这些资源。如果仅仅使用一个连接，它需要发起请求，等待响应，之后才能发起下一个请求。h1 有个特性叫管道化，允许一次发送一组请求，但是只能按照发送顺序依次接收响应。而且，管道化备受互操作性和部署的各种问题的困扰，基本没有实用价值。
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+在请求应答过程中，如果出现任何状况，剩下所有的工作都会被阻塞在那次请求应答之后。这就是 ”队头阻塞“，它会阻塞网络传输和 Web 页面渲染，直至失去响应。为了防止这种问题，现代浏览器会针对单个域名开启 6 个连接，通过各个连接分别发送请求。它实现了某种程度上的并行，但是每个连接仍会受到 ”队头阻塞“ 的影响。
+
+#### 低效的 TCP 利用
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+传输控制协议（TCP）的设计思路是：对假设情况很保守，并能够公平对待同一网络的不同流量的应用。它的避免拥塞机制被设计成即使在最差的网络状况下仍能起作用，并且如果有需求冲突也保证相对公平。这是它取得成功的原因之一，它的成功并不是因为传输数据最快，而是因为它是最可靠的协议之一，涉及的核心概念就是拥塞窗口。拥塞窗口是指，在接收方确认数据包之前，发送方可以发出的 TCP 包的数量。例如，如果拥塞窗口指定为 1，那么发送方发出 1 个数据包之后，只有接收方确认了那么包，才能发送下一个。
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+一般来讲，每次发送一个数据包并不是非常低效。TCP 有个概念就慢启动，它用来探索当前连接对应拥塞窗口的合适大小。慢启动的设计目标是为了让新连接搞清楚当前网络状况，避免给已经拥堵的网络继续添乱。它允许发送者在收到每个确认回复后额外发送 1 个未确认包。这意味着新连接在收到 1 个确认回复之后，可以发送 2 个数据包；在收到 2 个确认回复后，可以发 4 个；以此类推，这种几何级数增长很快就会达到协议规定的发包数上限，这时候连接将进入拥塞避免阶段。
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+![TCP 拥塞控制.png](https://i.loli.net/2019/11/11/vWPindHfIFsyXB8.png)
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+这种机制需要几次往返数据请求才能得知最佳拥塞窗口大小。但在解决性能问题时，就这区区几次数据往返也是非常宝贵的时间成本。现代操作系统一般会取 4~10 个数据包作为初始拥塞窗口大小。如果你把一个数据包设置为最大值下限 1460 字节（也就是最大有效负载），那么只能先发送 5840 字节（假定拥塞窗口为 4），然后就需要等待接受确认回复。如今的 Web 页面平均大小约 2MB，包括 HTML 和所有依赖的资源。在理想情况下，这需要大约九次往返请求来传输完整个页面。除此之外，浏览器一般会针对用一个域名开启 6 个并发连接，每个连接都免不了拥塞窗口调节。
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+前面提到过，因为 h1 并不支持多路复用，所以浏览器一般会针对指定域名开启 6 个并发连接。这意味着拥塞窗口波动也会并行发生 6 次。TCP 协议保证那些连接都能正常工作，但是不能保证它们的性能是最优的。
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+#### 臃肿的消息首部
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+虽然 h1 提供了压缩被请求内容的机制，但是消息首部却无法压缩。消息首部可不能忽略，尽管它比响应资源小很多，但它可能占据请求的绝大部分，如果算上 Cookie，有几千字节就很正常了。
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+#### 受限的优先级设置
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+如果浏览器针对指定域名开启了多个 Socket，开始请求资源，这时候浏览器能指定优先级的方式是有限的：要么发起请求，要么不发起。然后 Web 页面上某些资源会比另一些更重要，这必然会加重资源的排队效应。这是因为浏览器为了先请求优先级高的资源，会推迟请求其他资源。但是优先级高的资源获取之后，在处理的过程中，浏览器并不会发起新的资源请求，所以浏览器无法利用这段时间发送优先级低的资源，总的页面下载时间因此延长了。
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+### Web 性能优化最佳实践
+
+参见《Web 性能优化最佳实践》。