一、HTTP1.1的高延迟性能问题

HTTP头部巨大且重复
对头阻塞问题
不支持服务器推送消息
并发连接有限

二、HTTP2的针对HTTP1.1的优化

兼容老版本

HTTP没有在URI里引入新的协议名，仍然用http://表示明文协议，用https://表示加密协议，于是只需要浏览器和服务器在背后自动升级协议，这样可以让用户意识不到协议的升级，很好的实现了协议的平滑升级。
只在应用层做了改变，还是基于 TCP 协议传输，应用层方面为了保持功能上的兼容，HTTP2把HTTP分解成了语义和语法两个部分，语义层不做改动，与 HTTP1.1 完全?致，比如请求方法、状态码、头字段等规则保留不变。但是，HTTP/2 在语法层面做了很多改造，基本改变了 HTTP 报文的传输格式。

头部压缩

HTTP1.1存在的问题

存在很多固定字段，比如Cookie、Accept等，加起来占的字节高达几百到几千，有必要进行压缩。
大量的请求和报文里很多字段都是重复的，有必要避免重复性。
字段是ASCII编码的，虽然易于观察，但不适合传输，有必要改成二进制编码。

HTTP2没有使用常见的gzip，而是开发了HPACK算法

静态字典
动态字典
Huffman编码（压缩算法）

客户端和服务器两端都会建立和维护字典，用长度较小的索引号表示重复的字符串，再用Huffman 编码压缩数据，可达到 50%~90% 的高压缩率。

静态表编码

概述

HTTP2为高频出现在头部的字符串和字段建?了?张静态表，它是写入到 HTTP2框架里的，不会变化的，静态表里共有61组。

过程

例如，server头部字段的Index为 54，?进制为110110，再加上固定01，头部格式第1个字节就是 01110110，第二个字节的首个比特位表示Value是否经过 Huffman编码，剩余的 7 位表示Value的长度，10000110，首位为1，表示 Value字符串是经过Huffman编码的，经过Huffman编码的Value长度为6。

动态表编码

概述

静态表只包含了 61 种?频出现在头部的字符串，不在静态表范围内的头部字符串就要自行构建动态表，它的Index从62起步，会在编码解码的时候随时更新。

过程

例如，第?次发送时头部中的user-agent字段数据有上百个字节，经过 Huffman 编码发送出去后，客户端和服务器双方都会更新自己的动态表，添加?个新的Index号62。那么在下?次发送的时候，就不用重复发这个字段的数据了，只用发 1 个字节的 Index号就好了，因为双方都可以根据自己的动态表获取到字段的数据。

使用前提

使用动态表的前提是：必须同?个连接上，重复传输完全相同的 HTTP 头部。如果消息字段在 1 个连接上只发送了1次，或者重复传输时，字段总是略有变化，动态表就无法被充分利用了。

不足

动态表越大，占用的内存也就越大，如果占用了太多内存，是会影响服务器性能的，因此Web服务器都会提供类似 http2_max_requests 的配置，用于限制?个连接上能够传输的请求数量，避免动态表无限增大，请求数量到达上限后，就会关闭 HTTP/2 连接来释放内存。

二进制帧

HTTP/2 把响应报文划分成了两个帧（首部，消息负载）传输，并采用二进制来编码。
首部

前3个字节：代表数据帧的长度
第4个字节：表示帧的类型（共有10种，一般分为数据帧和控制帧）
第5个字节：标志位，用于携带简单的控制信息
- END_HEADERS 表示头数据结束标志
- END_STREAM 表示单方向数据发送结束，后续不会再有数据帧
- PRIORITY 表示流的优先级
最后4个字节：流标识符（StreamID），但最高位被保留不用，只有 31 位可以使用，它的作用是用来标识该 Fream 属于哪个Stream，接收方可以根据这个信息从乱序的帧里找到相同StreamID的帧，从而有序组装信息。

消息负载

HPACK算法压缩过的HTTP头部
HPACK算法压缩过的 HTTP包体
HTTP2二进制帧结构

并发传输

Steam、Message、Frame之间的关系

1个TCP连接包含?个或者多个Stream
Stream里可以包含1个或多个Message，Message对应 HTTP1中的请求或响应，由HTTP 头部和包体构成
Message里包含?条或者多个Frame，Frame 是 HTTP/2最小单位，以?进制压缩格式存放HTTP/1中的内容（头部和包体）
HTTP消息可以由多个Frame构成，以及1个Frame可以由多个TCP报文构成

StreamID

不同 Stream的帧是可以乱序发送的（因此可以并发不同的 Stream ），因为每个帧的头部会携带Stream ID信息，所以接收端可以通过Stream ID有序组装成HTTP消息，而同一Stream内部的帧必须是严格有序的。
客户端建立的 Stream ID必须是奇数号，而服务器建立的Stream必须是偶数号。
同?个连接中的 Stream ID是不能复?的，只能顺序递增，所以当 Stream ID 耗尽时，需要发?个控制帧 GOAWAY ，用来关闭 TCP 连接。在 Nginx 中，可以通过http2_max_concurrent_streams 配置来设置 Stream 的上限，默认是 128 个

Stream优先级

HTTP/2还可以对每个Stream 设置不同优先级，帧头中的标志位可以设置优先级。
在这里插入图片描述

服务器主动推送资源

客户端发起的请求，必须使?的是奇数号Stream，服务器主动的推送，使用的是偶数号 Stream。服务器在推送资源时，会通过PUSH_PROMISE帧传输 HTTP 头部，并通过帧中的Promised Stream ID字段告知客户端，接下来会在哪个偶数号Stream 中发送包体。
在Stream 1中通知客户端CSS 资源即将到来，然后在Stream2中发送 CSS 资源，注意 Stream1和2是可以并发的。