计算机网络面试题 — HTTP/2.0 与 HTTP/1.1 相比有哪些主要改进？

Cyan_RA9
53 阅读4分钟

Author : Cyan_RA9
Source : 【卡码笔记】网站
Question : HTTP/2.0 与 HTTP/1.1 相比有哪些主要改进？

【简要回答】

  1. 多路复用（Multiplexing）：允许在 单个TCP连接 上并行交错发送 多个请求和响应 ，解决队头阻塞，提升传输效率。
  2. 头部压缩（Header Compression）：引入了 HPACK 压缩算法，减少冗余头部数据，节省带宽。
  3. 二进制协议（Binary Protocol）：采用 二进制帧 替代 HTTP/1.1的 文本协议，使得解析更快更高效。
  4. 流优先级（Stream Prioritization）：允许按 权重和依赖关系 优先传输关键资源，优化用户体验。
  5. 服务器推送（Server Push）：服务器 主动推送 资源给客户端，而不需要客户端明确请求，减少额外请求延迟。

【详细回答】

  1. 多路复用（Multiplexing）：
    • 问题：HTTP/1.1 的队头阻塞问题（HOL Blocking）导致请求必须串行处理，响应必须按序返回，传输效率低下。
    • 改进：
      ① 二进制分帧：它把消息拆分为独立的帧（HEADERS、DATA），每个帧绑定唯一流标识符（Stream ID）。
      ② 并行传输：不同流的帧可乱序发送和重组，无需等待前序请求完成。
    • 效果：单个TCP连接即可高效加载多个资源，减少了延迟，还提升了吞吐量。
  2. 头部压缩（Header Compression）：
    • 问题：在 HTTP/1.1 中，每个请求都会包含完整的头部信息，即使这些头部信息在多个请求中是相同的，这会导致带宽的浪费，尤其是在移动端这种带宽有限的场景下。
    • 改进：
      ① HPACK 算法：静态字典（61 个预定义字段） + 动态字典（自定义字段缓存） + Huffman 编码（进一步压缩）。
      ② 压缩率：头部大小减少 50%-90%。
    • 效果：显著降低弱网环境下的传输开销。
  3. 二进制协议（Binary Protocol）：
    • 问题：HTTP/1.1 的文本解析效率低（如换行符分隔），而且容易出错。
    • 改进：
      ① 二进制帧结构：固定格式的帧头（类型、长度、流 ID） + 载荷。
      ② 帧类型：HEADERS（元数据）、DATA（内容）、PRIORITY（优先级）等。
    • 效果：解析速度更快了，还支持多路复用、优先级等高级功能。
  4. 流优先级（Stream Prioritization）：
    • 问题：HTTP/1.1 无法控制资源的加载顺序，这样的话，非关键资源可能阻塞关键内容，影响用户体验。
    • 改进：
      ① 优先级树：通过权重（带宽分配比例）和依赖关系（如 JS 依赖 CSS）来定义流优先级。
      ② 动态调整：客户端可更新优先级。
    • 效果：优先加载首屏内容（如 HTML、CSS），以此提升用户感知速度。
  5. 服务器推送机制（Server Push）：
    • 问题：客户端需解析 HTML 后才发现其依赖资源（如 CSS、JS），这就需要客户端再次发出请求，导致多次往返延迟。
    • 改进：
      ① 主动推送：服务器在响应主资源（如 HTML）时，会直接推送它的关联资源（如 CSS）。
      ② 拒绝机制：客户端可通过 RST_STREAM 帧拒绝冗余推送。
    • 效果：减少 RTT（Round-Trip Time），提前加载关键资源。

【知识拓展】

  1. HTTP/2.0 multiplexing diagram :
    HTTP_twoPointzero_and_onePointone.jpg
  2. Redundant Headers in HTTP/1.1 ：
    • Depiction: Each HTTP request includes repetitive header fields (e.g., User-Agent, Cookie, Accept-Language), even when communicating with the same server.
    • Example: Loading a webpage with 10 images requires sending the same headers 10 times, wasting bandwidth.
    • Impact: In HTTP/1.1, redundant headers are a major inefficiency, which caused Significant overhead for mobile devices and high-latency networks.
  3. HOL Blocking in HTTP/1.1 (With or Without Pipelining) ：
    • Without Pipelining: Clients must wait for the previous response before sending the next request (client-side HOL).
    • With Pipelining: Clients can send multiple requests at once, but servers must return responses in order. A slow response (e.g., a large image) blocks all subsequent responses (server-side HOL).
    • Root Cause: Sequential request-response design, fixed in HTTP/2 via multiplexing.
  4. HPACK算法的实现 ：
    • 静态字典（Static Table）：
      ① 静态字典是一个预定义的表格，包含了 61 个常见的 HTTP 头部字段及其常用值。
      ② 对于这些常见的头部字段，HPACK 可以直接使用字典中的索引来表示，而不需要传输完整的字段名和值。
    • 动态字典（Dynamic Table）：
      ① 动态字典是一个在通信过程中动态更新的表格，用于存储自定义的头部字段及其值。
      ② 对于不在静态字典中的头部字段，HPACK 会将其添加到动态字典中，并分配一个索引。后续请求中，可以直接使用索引来表示这些字段，减少重复传输。
      ③ 动态字典的大小有限，当新字段加入时，旧的字段可能会被淘汰。
    • Huffman 编码：
      ① Huffman 编码是一种基于字符出现频率的压缩算法，出现频率高的字符用较短的二进制码表示，出现频率低的字符用较长的二进制码表示。
      ② 对于头部字段中的字符串，HPACK 使用 Huffman 编码进一步压缩，减少传输大小。
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