使用 HTTP/2 提升性能的7个建议

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历史悠久的超文本传输协议，即 HTTP 标准，最近版本升级了。HTTP/ 2 在 2015 年 5 月被批准，目前已经在很多 Web 浏览器和服务器中得到实现（包括 NGINX Plus 和开源 NGINX）。大约有三分之二的浏览器已经支持 HTTP/2，而且这个比例每月都在增加。

HTTP/ 2 构建在 Google SPDY 协议基础之上，Chrome 将在 2016 年年初停止对后者的支持。NGINX 是最早支持 SPDY 的，如今同样率先支持了 HTTP/2。为此，我们还发布了详尽的白皮书（PDF），介绍了 HTTP/ 2 以及它如何基于 SPDY 构建，并展示了如何实现这个新协议。

HTTP/ 2 的重要特性完全源自 SPDY。

HTTP/ 2 是二进制（而文本）协议，因此更简洁高效；
它针对每个域只使用一个多路复用的连接，而不是每个文件一个连接；
首部使用特制的 HPACK 协议（而非 SPDY 中使用的 gzip）压缩；
HTTP/ 2 设计了复杂的优先级排定规则，帮助浏览器首先请求最急需的文件，而 NGINX 已经支持（SPDY 的方案要简单一些）。

现在，你需要决定是否迁移到 HTTP/2，而其中关键是知道如何最大限度地利用它。这篇文章会带你了解从性能角度考虑为什么要做这个决定，以及如何实现。接下来我们要逐一讨论关于 HTTP/ 2 性能的 7 个小建议。

现在是否需要迁移到 HTTP/2
终止 HTTP/ 2 和 TLS
考虑从 SPDY 开始
找出为 HTTP/1.x 优化的代码
部署 HTTP/ 2 或 SPDY
再谈 HTTP/1.x 优化
实现智能分域

注意：严格来讲，SPDY 和 HTTP/ 2 都不需要 TLS，但它们在使用 SSL/TLS 的时候用处最大，而且浏览器只在使用 SSL/TLS 时才支持 SPDY 或 HTTP/2。

建议一：现在是否需要迁移到 HTTP/2

实现 HTTP/ 2 很简单，看看我们的白皮书就明白了。不过，HTTP/ 2 并不是万能的银弹，它只对某些 Web 应用有用，对另外一些则没那么有用。

如果你使用 SSL/TLS（以后简称 TLS），那么 HTTP/ 2 可以提升网站性能。如果你没有，那在使用 HTTP/ 2 之前要先支持 TLS。这时候，使用 TLS 的性能损耗大致可以被使用 HTTP/ 2 的性能提升抵销。不过还是建议你在实际应用之前先测试一下。

HTTP/ 2 有五大优势。

每个服务器只用一个连接。HTTP/ 2 对每个服务器只使用一个连接，而不是每个文件一个连接。这样，就省掉了多次建立连接的时间，这个时间对 TLS 尤其明显，因为 TLS 连接费时间。
加速 TLS 交付。HTTP/ 2 只需一次耗时的 TLS 握手，并且通过一个连接上的多路利用实现最佳性能。HTTP/ 2 还会压缩首部数据，省掉 HTTP/1.x 时代所需的一些优化工作，比如拼接文件，从而提高缓存利用率。
简化 Web 应用。使用 HTTP/ 2 可以让 Web 开发者省很多事，因为不用再做那些针对 HTTP/1.x 的优化工作了。
适合内容混杂的页面。HTTP/ 2 特别适合混合了 HTML、CSS、JavaScript、图片和有限多媒体的传统页面。浏览器可以优先安排那些重要的文件请求，让页面的关键部分先出现，快出现。
更安全。通过减少 TLS 的性能损失，可以让更多应用使用 TLS，从而让用户信息更安全。

使用 HTTP/2 提升性能的 7 个建议

HTTP/ 2 的多路复用示意图

相应地，HTTP/ 2 也有五个不足之处。

单连接开销比较大。HPACK 数据压缩算法会更新两端的查找表。这样可以让连接有状态，而破坏状态就意味着要重建查找表，另外单连接占用内存较多。
你可能不需要 SSL。如果你的数据不需要保护，或者已经使用 DRM 或其他编码进行保护了，那么 TLS 的安全性对你可能无所谓。
需要抛弃针对 HTTP/1.x 的优化。HTTP/1.x 优化在支持 HTTP/ 2 的浏览器中会影响性能，因此可能需要花时间把它们推倒重来。
对下载大文件不利。如果你的应用主要提供大文件下载或者流媒体播放，那可能不想用 TLS，而且在只有一个流的情况下，多路复用也体现不出什么优势。
你的客户也许不在乎。你的客户很可能不在乎他分享的自家猫咪的视频是否受到 TLS 和 HTTP/ 2 的保护。

总之，一切要看性能。这方面，有好消息也有坏消息。

好消息是我们在内部对 NGINX 做过测试，结果从理论上能够得到印证：对于要通过典型网络延迟请求的混合内容网页，HTTP/ 2 的性能好于 HTTP/1.x 和 HTTPS。基于连接的 RTT，结果可以分三种情况。

很低的 RTT（0-20ms）：HTTP/1.x、HTTP/ 2 和 HTTPS 基本无差别。
典型网络 RTT（30-250ms）：HTTP/ 2 比 HTTP/1.x 快，而且它们都比 HTTPS 快。美国两个相邻城市间的 RTT 约为 30 ms，而东西海岸间（约 3000 英里）则约为 70 ms。东京到伦敦间最短路径的 RTT 大约 240 ms。
高 RTT（300ms 及以上）：HTTP/1.x 比 HTTP/ 2 快，后者又比 HTTPS 快。

使用 HTTP/2 提升性能的 7 个建议

首次渲染时间

这张图显示了首次渲染的时间，也就是用户第一次在自己屏幕上看到网页内容的时间。这个时间一般认为关系到用户对网站响应速度的感知。

要想了解我们测试的更多内容，请看这个 HTTP/ 2 的介绍视频，来源是 nginx.conf 2015。

然而，每个网页都不相同，实际上每个用户的会话也不一样。如果你托管流媒体或提供大文件下载，那你的决定可能不一样，甚至相反。

你最终可能发现投入产出比并不明显。如果是这样，那你得多学习一下，针对自己的内容多做一些测试，然后咱们可以聊一聊。（想找点资料？可以看看 NGINX 网络研讨：What’s New in HTTP/2?）。

建议二：终止 HTTP/ 2 和 TLS

终止协议意味着客户端使用期望的协议连接代理服务器，比如 TLS 或 HTTP/2，然后代理服务器再去连接应用服务器、数据库服务器等，但不需要使用相同的协议，如下图所示。

使用 HTTP/2 提升性能的 7 个建议使用独立的服务器终止协议意味着使用多服务器架构。多服务器可能是多个物理服务器、多个虚拟服务器，或者 AWS 这样的云环境中的多个虚拟服务器实例。多服务器就比单服务器复杂，或者比应用服务器 / 数据库服务器的组合复杂。不过，多服务器架构有很多好处，而且很多流量大的网站也必须用这种架构。

终止 HTTP/2 和 TLS

配置了服务器或者虚拟服务器之后，很多事情都成为可能。新服务器可以分担其他服务器的负载，可用于负载平衡、静态文件缓存和其他用途。另外，也可以让添加和替换应用服务器或其他服务器更容易。

NGINX 和 NGINX Plus 经常被用来终止 TLS 和 HTTP/ 2 协议、负载平衡。已有环境不必改动，除非要把 NGINX 服务器挪到前端。

建议三：考虑从 SPDY 开始

SPDY 是 HTTP/ 2 的上一代，总体性能相同。因为它已经出现好几年了，所以有很多浏览器支持 SPDY 却不支持 HTTP/2。不过，在本文写作时，这个支持上的差距正在缩小。具体来说，有三分之二的浏览器支持 HTTP/2，而有五分之四的浏览器支持 SPDY。

如果你着急采用新的 Web 传输协议，又想尽可能覆盖更多用户，可以先从 SPDY 开始。然后到 2016 年初，即谷歌不再支持 SPDY 的时候，再切换到 HTTP/2，很简单，至少在 NGINX 中如此。那时候，更多用户会拥有支持 HTTP/ 2 的浏览器，而你已经为其中大部分用户提供了很好的性能。

建议四：找出为 HTTP/1.x 优化的代码

在决定采用 HTTP/ 2 之前，首先得知道你的代码有哪些是针对 HTTP/1.x 优化过的。大概有四方面的优化。

分域存储。为了实现并行请求文件，你可能把文件分散到了不同的域里，CDN 会自动这么做。但分域存储会影响 HTTP/ 2 的性能，建议使用 HTTP/ 2 友好的分域存储（参见建议七），只针对 HTTP/1.x 用户分域。
图片精灵（sprites）。图片精灵把很多图片拼成一个文件，然后通过代码按需取得每个图片。图片精灵在 HTTP/ 2 的环境下没太大用处，但还是有点用的。
拼接的代码文件。与使用图片精灵的原因类似，很多独立的文件也会被弄成一个，然后浏览器再从其中找到并运行需要的文件。
内联文件。CSS 代码、JavaScript 代码，甚至图片等被直接插到 HTML 文件中的内容。这样可以减少文件传输，代价是初始 HTML 文件较大。

后面三种优化都涉及把小文件塞进一个较大的文件里，目的是减少新建连接的初始化和握手，这些操作对 TLS 而言非常费时间。

第一种优化即分域存储恰恰相反，强制打开多个连接，目的是并行地从不同的域获取文件。这两种看似矛盾的技术对于 HTTP/1.x 下的站点却十分有效。然而，要用好这两种技术，必须投入大量时间、精力和资源，用于实现、管理和运维。

在采用 HTTP/ 2 之前，需要找出应用了这些优化的代码，分析一下它们会不会影响你的应用设计和工作流程。这样在迁移到 HTTP/ 2 之后，就可以着手改造它们，甚至撤销某些优化。

建议五：部署 HTTP/ 2 或 SPDY

事实上，部署 HTTP/ 2 或 SPDY 并不难。如果你使用 NGINX，只要在配置文件中启��相应的协议就可以了，参见这里了解如何启用 HTTP/2。浏览器和服务器会协商采用什么协议，如果浏览器支持 HTTP/2（而且也在使用 TLS），就会使用 HTTP/2。

配置完服务器后，使用支持 HTTP/ 2 浏览器的用户就会基于 HTTP/ 2 运行你的应用，而使用旧版本浏览器的用户则会继续使用 HTTP/1.x 运行你的应用，如下图所示。如果你的网站流量非常大，那么应该监测改变前后的性能，对于性能降低的情况，可能就得撤销更改。

使用 HTTP/2 提升性能的 7 个建议

在服务器支持 HTTP/2 和 HTTP/1.x

注意：使用 HTTP/ 2 及其单连接之后，NGINX 某些配置的重要性会很明显，特别要注意的是 output_buffers、proxy_buffers 和ssl_buffer_size等指令，多测试一下。参见常规配置提示，特定的 SSL 建议（在这里和这里），以及 NGINX 关于 SSL 性能的白皮书。

注意：使用 HTTP/ 2 传输密文要格外注意。HTTP/ 2 的 RFC 中有一个长长的列表，列出了要避免的加密套件。建议你自己也搞一个表格，启用ssl_buffer_size，然后在所有常用的浏览器版本下测试你想用的加密套件。