腦殘式網路編程入門(四)：快速理解HTTP/2的伺服器推送

08-14

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本文原作者阮一峰，作者博客：http://ruanyifeng.com。

1、前言

新一代HTTP/2 協議的主要目的是為了提高網頁性能（有關HTTP/2的介紹，請見《從HTTP/0.9到HTTP/2：一文讀懂HTTP協議的歷史演變和設計思路》）。

HTTP/2以前版的頭信息（header）是直接傳輸文本，現在是壓縮後傳輸。原來是同一個 TCP 連接裡面，上一個回應（response）發送完了，伺服器才能發送下一個，現在可以多個回應一起發送。

伺服器推送（server push）是 HTTP/2 協議裡面唯一一個需要開發者自己配置的功能。其他功能都是伺服器和瀏覽器自動實現，不需要開發者關心。

本文詳細介紹新一代HTTP/2伺服器推送技術（server push）的原理和配置方法等，更多資料請見IETF的http標準工作組維護的HTTP/2資料頁：https://http2.github.io/。

網路編程學習交流：

- 即時通訊開發交流3群：185926912[推薦]
- 移動端IM開發入門文章：《新手入門一篇就夠：從零開發移動端IM》

（本文同步發佈於：http://www.52im.net/thread-1795-1-1.html）

2、系列文章

本文是系列文章中的第4篇，本系列大綱如下：

《腦殘式網路編程入門(一)：跟著動畫來學TCP三次握手和四次揮手》
《腦殘式網路編程入門(二)：我們在讀寫Socket時，究竟在讀寫什麼？》
《腦殘式網路編程入門(三)：HTTP協議必知必會的一些知識》
《腦殘式網路編程入門(四)：快速理解HTTP/2的伺服器推送(Server Push)》（本文）

3、傳統的網頁請求方式

下面是一個非常簡單的 HTML 網頁文件index.html：

<!DOCTYPE html>
<html>

<head>
<link rel="stylesheet" href="style.css">
</head>
<body>
<h1>hello world</h1>
<img src="example.png">
</body>
</html>

這個網頁包含一張樣式表style.css和一個圖片文件example.png。為了渲染這個網頁，瀏覽器會發出三個請求。

第一個請求是index.html：

GET /index.html HTTP/1.1

伺服器收到這個請求，就把index.html發送給瀏覽器。

瀏覽器發現裡面包含了樣式表和圖片，於是再發出兩個請求：

GET /style.css HTTP/1.1

GET /example.png HTTP/1.1

這就是傳統的網頁請求方式，它有兩個問題：

一是至少需要兩輪 HTTP 通信；

二是收到樣式文件之前，網頁都會顯示一片空白，這個階段一旦超過2秒，用戶體驗就會非常不好。

4、傳統方式的改進

一種解決辦法就是：把外部資源合併在網頁文件裡面，減少 HTTP 請求。比如，把樣式表的內容寫在標籤之中，把圖片改成 Base64 編碼的 Data URL。

另一種方法就是資源的預載入（preload）：網頁預先告訴瀏覽器，立即下載某些資源。比如，上例可以寫成下面這樣：

對於上例來說，preload命令並沒有什麼幫助。但是，如果前一個網頁就使用這個命令，預載入後一個網頁需要的資源，那麼用戶打開後一個網頁時，就會感覺速度飛快。

這兩種方法都有缺點：

第一種方法雖然減少了 HTTP 請求，但是把不同類型的代碼合併在一個文件里，違反了分工原則；

第二種方法只是提前了下載時間，並沒有減少 HTTP 請求。

5、伺服器推送的概念

HTTP/2的伺服器推送技術（server push）指的是，還沒有收到瀏覽器的請求，伺服器就把各種資源推送給瀏覽器。

比如：瀏覽器只請求了index.html，但是伺服器把index.html、style.css、example.png全部發送給瀏覽器。這樣的話，只需要一輪 HTTP 通信，瀏覽器就得到了全部資源，提高了性能。

6、Nginx對HTTP/2服務端器推送技術的支持和實現

Nginx 從 1.13.9 版開始，支持伺服器推送。我在《Nginx 容器教程》一文中已經介紹並做好了 Nginx 容器，接著就來體驗一下。

首先，進入工作目錄，把原來的首頁刪除：

$ cd nginx-docker-demo

$ rm html/index.html

然後，新建html/index.html文件，寫入本文第一節的網頁源碼。

另外，html子目錄下面，還要新建兩個文件example.png和style.css。前者可以隨便找一張 PNG 圖片，後者要在裡面寫一些樣式：

h1{

color: red;

}

最後，打開配置文件conf/conf.d/default.conf，將 443 埠的部分改成下面的樣子：

server {
listen 443 ssl http2;
server_name localhost;
ssl on;

ssl_certificate /etc/nginx/certs/example.crt;
ssl_certificate_key /etc/nginx/certs/example.key;
ssl_session_timeout 5m;
ssl_ciphers HIGH:!aNULL:!MD5;
ssl_protocols SSLv3 TLSv1 TLSv1.1 TLSv1.2;
ssl_prefer_server_ciphers on;
location / {
root /usr/share/nginx/html;
index index.html index.htm;
http2_push /style.css;

http2_push /example.png;
}
}

其實就是最後多了兩行http2_push命令。它的意思是，如果用戶請求根路徑/，就推送style.css和example.png。

現在可以啟動容器了：

$ docker container run
--rm
--name mynginx
--volume "$PWD/html":/usr/share/nginx/html
--volume "$PWD/conf":/etc/nginx
-p 127.0.0.2:8080:80

-p 127.0.0.2:8081:443
-d
nginx

打開瀏覽器，訪問 https://127.0.0.2:8081 。瀏覽器會提示證書不安全，不去管它，繼續訪問，就能看到網頁了。

網頁上看不出來伺服器推送，必須打開"開發者工具"，切換到 Network 面板，就可以看到其實只發出了一次請求，style.css和example.png都是推送過來的：

查看完畢，關閉容器：

$ docker container stop mynginx

7、Apache 伺服器上的實現

Apache 也類似，可以在配置文件httpd.conf或者.htaccess裡面打開伺服器推送：

Header add Link "; rel=preload; as=style"
Header add Link "; rel=preload; as=image"

8、伺服器推送的另一種實現方法：後端實現

上面的伺服器推送，需要寫在伺服器的配置文件裡面。這顯然很不方便，每次修改都要重啟服務，而且應用與伺服器的配置不應該混在一起。

伺服器推送還有另一個實現方法，就是後端應用產生 HTTP 回應的頭信息Link命令。

伺服器發現有這個頭信息，就會進行伺服器推送：

Link: ; rel=preload; as=style

如果要推送多個資源，就寫成下面這樣。

如果要推送多個資源，就寫成下面這樣：

Link: ; rel=preload; as=style, ; rel=preload; as=image

可以參考 Go、Node、PHP 的實現範例。

這時，Nginx 的配置改成下面這樣：

server {
listen 443 ssl http2;
# ...
root /var/www/html;
location = / {
proxy_pass http://upstream;
http2_push_preload on;
}
}

如果伺服器或者瀏覽器不支持 HTTP/2，那麼瀏覽器就會按照 preload 來處理這個頭信息，預載入指定的資源文件。

事實上，這個頭信息就是 preload 標準提出的，它的語法和as屬性的值都寫在了標準裡面。

9、緩存問題

伺服器推送有一個很麻煩的問題。所要推送的資源文件，如果瀏覽器已經有緩存，推送就是浪費帶寬。即使推送的文件版本更新，瀏覽器也會優先使用本地緩存。

一種解決辦法是，只對第一次訪問的用戶開啟伺服器推送。

下面是 Nginx 官方給出的示例，根據 Cookie 判斷是否為第一次訪問：

server {
listen 443 ssl http2 default_server;
ssl_certificate ssl/certificate.pem;
ssl_certificate_key ssl/key.pem;
root /var/www/html;
http2_push_preload on;
location = /demo.html {
add_header Set-Cookie "session=1";
add_header Link $resources;
}
}
map $http_cookie $resources {
"~*session=1""";
default "; as=style; rel=preload";
}

10、使用HTTP/2服務端推送帶來的性能提升

伺服器推送可以提高性能。網上測評的結果是，打開這項功能，比不打開時的 HTTP/2 快了8%，比將資源都嵌入網頁的 HTTP/1 快了5%。

可以看到，提升程度也不是特別多，大概是幾百毫秒。而且，也不建議一次推送太多資源，這樣反而會拖累性能，因為瀏覽器不得不處理所有推送過來的資源。只推送 CSS 樣式表可能是一個比較好的選擇。

（本文同步發佈於：http://www.52im.net/thread-1795-1-1.html）

附錄：更多網路編程文章精選

如果您覺得《腦殘式網路編程入門》系列文章過於基礎，您可直接閱讀以下系列：

《網路編程懶人入門(一)：快速理解網路通信協議（上篇）》
《網路編程懶人入門(二)：快速理解網路通信協議（下篇）》
《網路編程懶人入門(三)：快速理解TCP協議一篇就夠》
《網路編程懶人入門(四)：快速理解TCP和UDP的差異》
《網路編程懶人入門(五)：快速理解為什麼說UDP有時比TCP更有優勢》
《網路編程懶人入門(六)：史上最通俗的集線器、交換機、路由器功能原理入門》

《不為人知的網路編程》系列文章為高階必讀，該系列目錄如下：

《不為人知的網路編程(一)：淺析TCP協議中的疑難雜症(上篇)》
《不為人知的網路編程(二)：淺析TCP協議中的疑難雜症(下篇)》
《不為人知的網路編程(三)：關閉TCP連接時為什麼會TIME_WAIT、CLOSE_WAIT》
《不為人知的網路編程(四)：深入研究分析TCP的異常關閉》
《不為人知的網路編程(五)：UDP的連接性和負載均衡》
《不為人知的網路編程(六)：深入地理解UDP協議並用好它》

關於移動端網路特性及優化手段的總結性文章請見：

《現代移動端網路短連接的優化手段總結：請求速度、弱網適應、安全保障》
《移動端IM開發者必讀(一)：通俗易懂，理解移動網路的「弱」和「慢」》
《移動端IM開發者必讀(二)：史上最全移動弱網路優化方法總結》

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