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底部压缩本事介绍

HTTP/2 底部压缩本事介绍

2015/11/03 · HTML5 · HTTP/2

原来的书文出处: imququ(@屈光宇)   

咱俩通晓,HTTP/2 合同由五个 RubiconFC 组成:三个是 RFC 7540,描述了 HTTP/2 合同本人;贰个是 RFC 7541,描述了 HTTP/2 公约中利用的尾部压缩本事。本文将因而实际案例引导我们详细地认知 HTTP/2 尾部压缩那门才干。

干什么要削减

在 HTTP/1 中,HTTP 需要和响应都以由「状态行、央求 / 响应尾部、音讯主体」三部分构成。日常来说,音讯主体都会由此 gzip 压缩,或许自个儿传输的正是压缩过后的二进制文件(举个例子图片、音频),但意况行和底部却从未通过别的压缩,直接以纯文本传输。

随着 Web 作用尤为复杂,每一种页面爆发的央浼数也愈加多,遵照 HTTP Archive 的总结,当前平均每一个页面都会产生众四个必要。越多的央求导致消耗在头顶的流量越来越多,尤其是历次都要传输 UserAgent、Cookie 那类不会一再改造的内容,完全部都以一种浪费。

以下是自己随手展开的多少个页面包车型客车抓包结果。能够见见,传输尾部的互联网花费超过100kb,比 HTML 还多:

图片 1

下边是内部叁个伸手的细致。能够看来,为了博取 58 字节的多寡,在头顶传输上开销了几许倍的流量:

图片 2

HTTP/1 时期,为了削减底部消耗的流量,有大多优化方案得以品味,举个例子合并哀告、启用 Cookie-Free 域名等等,不过这么些方案或多或少会引进一些新的标题,这里不打开研讨。

削减后的作用

接下去本人将应用访谈本博客的抓包记录以来明 HTTP/2 底部压缩带来的变型。怎么样采用 Wireshark 对 HTTPS 网址举办抓包并解密,请看自个儿的那篇文章。本文使用的抓包文件,能够点那边下载。

率先直接上图。下图选中的 Stream 是第2回访谈本站,浏览器发出的央浼头:

图片 3

从图片中能够见到这么些 HEADE君越S 流的尺寸是 206 个字节,而解码后的头顶长度有 451 个字节。同理可得,压缩后的底部大小裁减了概况上多。

然则这便是全数呢?再上一张图。下图选中的 Stream 是点击本站链接后,浏览器发出的呼吁头:

图片 4

能够看出那二次,HEADE帕杰罗S 流的尺寸唯有 49 个字节,然则解码后的头顶长度却有 470 个字节。那三遍,压缩后的头顶大小大致唯有原来大小的 1/10。

为啥前后两回差别这么大吗?我们把五遍的头顶消息实行,查看同贰个字段四次传输所占用的字节数:

图片 5

图片 6

相比较后能够窥见,第一回的乞请底部之所以一点都不大,是因为超越百分之五十键值对仅占用了三个字节。尤其是 UserAgent、Cookie 那样的头顶,第一遍呼吁中须要占用非常多字节,后续伏乞中都只供给叁个字节。

工夫原理

下边这张截图,取自 Google 的属性专家 Ilya Grigorik 在 Velocity 2014 • SC 会议中享受的「HTTP/2 is here, let’s optimize!」,特别直观地描述了 HTTP/2 中底部压缩的规律:

图片 7

自家再用深入显出的语言表明下,尾部压缩须要在协助 HTTP/2 的浏览器和服务端之间:

  • 维护一份一样的静态字典(Static Table),包涵常见的头顶名称,以及特地常见的底部名称与值的构成;
  • 保障一份同样的动态字典(Dynamic Table),能够动态的丰裕内容;
  • 支撑基于静态哈夫曼码表的哈夫曼编码(Huffman Coding);

静态字典的效用有四个:1)对于截然相称的头顶键值对,举例 : method :GET,能够直接选用三个字符表示;2)对于尾部名称能够协作的键值对,譬如 cookie :xxxxxxx,可以将名称使用一个字符表示。HTTP/第22中学的静态字典如下(以下只截取了有的,完整表格在这里):

Index Header Name Header Value
1 :authority
2 :method GET
3 :method POST
4 :path /
5 :path /index.html
6 :scheme http
7 :scheme https
8 :status 200
32 cookie
60 via
61 www-authenticate

再者,浏览器能够告知服务端,将 cookie :xxxxxxx 增添到动态字典中,那样持续一切键值对就足以使用贰个字符表示了。类似的,服务端也能够立异对方的动态字典。须要专心的是,动态字典上下文有关,须要为各样HTTP/2 连接维护区别的字典。

动用字典能够不小地晋级压缩效果,当中静态字典在第一遍呼吁中就足以应用。对于静态、动态字典中不设有的内容,还可以运用哈夫曼编码来减小体量。HTTP/2 使用了一份静态哈夫曼码表(详见),也急需内置在客商端和服务端之中。

这里顺便说一下,HTTP/1 的情状行音信(Method、帕特h、Status 等),在 HTTP/2中被拆成键值对归入尾部(冒号初阶的那三个),同样能够享用到字典和哈夫曼压缩。别的,HTTP/2中具有尾部名称必需小写。

福寿年高细节

刺探了 HTTP/2 尾部压缩的基本原理,最终我们来看一下切实的落到实处细节。HTTP/2 的头顶键值对有以下这么些意况:

1)整个底部键值对都在字典中

JavaScript

0 1 2 3 4 5 6 7 +---+---+---+---+---+---+---+---+ | 1 | Index (7+) | +---+---------------------------+

1
2
3
4
5
  0   1   2   3   4   5   6   7
+---+---+---+---+---+---+---+---+
| 1 |        Index (7+)         |
+---+---------------------------+
 

那是最简便的处境,使用三个字节就能够表示这么些底部了,最左一位稳固为 1,之后伍位贮存键值对在静态或动态字典中的索引。举个例子下图中,尾部索引值为 2(0000010),在静态字典中询问可得 : method :GET

图片 8

2)尾部名称在字典中,更新动态字典

JavaScript

0 1 2 3 4 5 6 7 +---+---+---+---+---+---+---+---+ | 0 | 1 | Index (6+) | +---+---+-----------------------+ | H | Value Length (7+) | +---+---------------------------+ | Value String (Length octets) | +-------------------------------+

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  0   1   2   3   4   5   6   7
+---+---+---+---+---+---+---+---+
| 0 | 1 |      Index (6+)       |
+---+---+-----------------------+
| H |     Value Length (7+)     |
+---+---------------------------+
| Value String (Length octets)  |
+-------------------------------+
 

对于这种气象,首先供给利用贰个字节表示底部名称:左两位牢固为 01,之后七个人存放底部名称在静态或动态字典中的索引。接下来的一个字节首位H 表示头部值是不是利用了哈夫曼编码,剩余五个人表示尾部值的长短 L,后续 L 个字节便是尾部值的具体内容了。举个例子下图中索引值为 32(一千00),在静态字典中查询可得  cookie ;尾部值使用了哈夫曼编码(1),长度是 28(0011100);接下去的 贰十几个字节是 cookie 的值,将其进展哈夫曼解码就能够博取具体内容。

图片 9

客商端或服务端见到这种格式的头顶键值对,会将其增添到本人的动态字典中。后续传输那样的内容,就切合第 1 种情景了。

3)尾部名称不在字典中,更新动态字典

JavaScript

0 1 2 3 4 5 6 7 +---+---+---+---+---+---+---+---+ | 0 | 1 | 0 | +---+---+-----------------------+ | H | Name Length (7+) | +---+---------------------------+ | Name String (Length octets) | +---+---------------------------+ | H | Value Length (7+) | +---+---------------------------+ | Value String (Length octets) | +-------------------------------+

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  0   1   2   3   4   5   6   7
+---+---+---+---+---+---+---+---+
| 0 | 1 |           0           |
+---+---+-----------------------+
| H |     Name Length (7+)      |
+---+---------------------------+
|  Name String (Length octets)  |
+---+---------------------------+
| H |     Value Length (7+)     |
+---+---------------------------+
| Value String (Length octets)  |
+-------------------------------+
 

这种景色与第 2 种情景好像,只是由于尾部名称不在字典中,所以首先个字节固定为 0一千000;接着评释名称是还是不是选用哈夫曼编码及长度,并放上名称的具体内容;再注明值是否利用哈夫曼编码及长度,最终放上值的具体内容。举例下图中名称的尺寸是 5(0000101),值的长短是 6(0000110)。对其具体内容进行哈夫曼解码后,可得 pragma: no-cache 。

图片 10

客户端或服务端看见这种格式的头顶键值对,会将其加多到本人的动态字典中。后续传输那样的剧情,就切合第 1 种情景了。

4)尾部名称在字典中,分化意更新动态字典

JavaScript

0 1 2 3 4 5 6 7 +---+---+---+---+---+---+---+---+ | 0 | 0 | 0 | 1 | Index (4+) | +---+---+-----------------------+ | H | Value Length (7+) | +---+---------------------------+ | Value String (Length octets) | +-------------------------------+

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  0   1   2   3   4   5   6   7
+---+---+---+---+---+---+---+---+
| 0 | 0 | 0 | 1 |  Index (4+)   |
+---+---+-----------------------+
| H |     Value Length (7+)     |
+---+---------------------------+
| Value String (Length octets)  |
+-------------------------------+
 

这种情景与第 2 种意况特别相近,独一分裂之处是:第一个字节左几个人稳固为 0001,只剩余三人来贮存索引了,如下图:

图片 11

这里须求介绍别的一个知识点:对整数的解码。上海体育场所中首先个字节为 00011111,并不表示底部名称的目录为 15(1111)。首个字节去掉固定的 0001,只剩多少人可用,将位数用 N 表示,它只好用来表示小于「2 ^ N – 1 = 15」的整数 I。对于 I,供给依照以下法规求值(KugaFC 7541中的伪代码,via):

Python

if I < 2 ^ N - 1, return I # I 小于 2 ^ N - 1 时,直接重回 else M = 0 repeat B = next octet # 让 B 等于下一个八个人 I = I + (B & 127) * 2 ^ M # I = I + (B 低七位 * 2 ^ M) M = M + 7 while B & 128 == 128 # B 最高位 = 1 时三番五次,不然再次回到 I return I

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if I < 2 ^ N - 1, return I         # I 小于 2 ^ N - 1 时,直接返回
else
    M = 0
    repeat
        B = next octet             # 让 B 等于下一个八位
        I = I + (B & 127) * 2 ^ M  # I = I + (B 低七位 * 2 ^ M)
        M = M + 7
    while B & 128 == 128           # B 最高位 = 1 时继续,否则返回 I
    return I

对此上海体育场面中的数据,依据那个准则算出索引值为 32(00011111 000一千1,15 + 17),代表  cookie 。要求留意的是,左券中具有写成(N+)的数字,例如Index (4+)、Name Length (7+),都亟需遵照那个准则来编码和平消除码。

这种格式的头顶键值对,不允许被加多到动态字典中(但能够运用哈夫曼编码)。对于部分丰裕敏锐的头顶,比方用来表明的 Cookie,这么做能够提升安全性。

5)底部名称不在字典中,不允许更新动态字典

JavaScript

0 1 2 3 4 5 6 7 +---+---+---+---+---+---+---+---+ | 0 | 0 | 0 | 1 | 0 | +---+---+-----------------------+ | H | Name Length (7+) | +---+---------------------------+ | Name String (Length octets) | +---+---------------------------+ | H | Value Length (7+) | +---+---------------------------+ | Value String (Length octets) | +-------------------------------+

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+---+---+---+---+---+---+---+---+
| 0 | 0 | 0 | 1 |       0       |
+---+---+-----------------------+
| H |     Name Length (7+)      |
+---+---------------------------+
|  Name String (Length octets)  |
+---+---------------------------+
| H |     Value Length (7+)     |
+---+---------------------------+
| Value String (Length octets)  |
+-------------------------------+
 

这种气象与第 3 种情况特别周围,唯一分裂之处是:第三个字节固定为 000一千0。这种情状比非常少见,未有截图,各位能够脑补。同样,这种格式的头顶键值对,也不一致意被增添到动态字典中,只能选拔哈夫曼编码来压缩体积。

其实,合同中还分明了与 4、5 非常邻近的别的二种格式:将 4、5 格式中的第一个字节第二人由 1 改为 0 就可以。它代表「本次不更新动态词典」,而 4、5 表示「绝对不容许更新动态词典」。差异不是比不小,这里略过。

略知一二了尾部压缩的技术细节,理论上能够很轻松写出 HTTP/2 头部解码工具了。小编相比较懒,直接找来 node-http第22中学的 compressor.js 验证一下:

JavaScript

var Decompressor = require('./compressor').Decompressor; var testLog = require('bunyan').createLogger({name: 'test'}); var decompressor = new Decompressor(testLog, 'REQUEST'); var buffer = new Buffer('820481634188353daded6ae43d3f877abdd07f66a281b0dae053fad0321aa49d13fda992a49685340c8a6adca7e28102e10fda9677b8d05707f6a62293a9d810020004015309ac2ca7f2c3415c1f53b0497ca589d34d1f43aeba0c41a4c7a98f33a69a3fdf9a68fa1d75d0620d263d4c79a68fbed00177febe58f9fbed00177b518b2d4b70ddf45abefb4005db901f1184ef034eff609cb60725034f48e1561c8469669f081678ae3eb3afba465f7cb234db9f4085aec1cd48ff86a8eb10649cbf', 'hex'); console.log(decompressor.decompress(buffer)); decompressor._table.forEach(function(row, index) { console.log(index + 1, row[0], row[1]); });

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var Decompressor = require('./compressor').Decompressor;
 
var testLog = require('bunyan').createLogger({name: 'test'});
var decompressor = new Decompressor(testLog, 'REQUEST');
 
var buffer = new Buffer('820481634188353daded6ae43d3f877abdd07f66a281b0dae053fad0321aa49d13fda992a49685340c8a6adca7e28102e10fda9677b8d05707f6a62293a9d810020004015309ac2ca7f2c3415c1f53b0497ca589d34d1f43aeba0c41a4c7a98f33a69a3fdf9a68fa1d75d0620d263d4c79a68fbed00177febe58f9fbed00177b518b2d4b70ddf45abefb4005db901f1184ef034eff609cb60725034f48e1561c8469669f081678ae3eb3afba465f7cb234db9f4085aec1cd48ff86a8eb10649cbf', 'hex');
 
console.log(decompressor.decompress(buffer));
 
decompressor._table.forEach(function(row, index) {
    console.log(index + 1, row[0], row[1]);
});

头顶原始数据出自于本文第三张截图,运维结果如下(静态字典只截取了一片段):

{ ':method': 'GET', ':path': '/', ':authority': 'imququ.com', ':scheme': 'https', 'user-agent': 'Mozilla/5.0 (Macintosh; Intel Mac OS X 10.11; rv:41.0) Gecko/20100101 Firefox/41.0', accept: 'text/html,application/xhtml+xml,application/xml;q=0.9,*/*;q=0.8', 'accept-language': 'en-US,en;q=0.5', 'accept-encoding': 'gzip, deflate', cookie: 'v=47; u=6f048d6e-adc4-4910-8e69-797c399ed456', pragma: 'no-cache' } 1 ':authority' '' 2 ':method' 'GET' 3 ':method' 'POST' 4 ':path' '/' 5 ':path' '/index.html' 6 ':scheme' 'http' 7 ':scheme' 'https' 8 ':status' '200' ... ... 32 'cookie' '' ... ... 60 'via' '' 61 'www-authenticate' '' 62 'pragma' 'no-cache' 63 'cookie' 'u=6f048d6e-adc4-4910-8e69-797c399ed456' 64 'accept-language' 'en-US,en;q=0.5' 65 'accept' 'text/html,application/xhtml+xml,application/xml;q=0.9,*/*;q=0.8' 66 'user-agent' 'Mozilla/5.0 (Macintosh; Intel Mac OS X 10.11; rv:41.0) Gecko/20100101 Firefox/41.0' 67 ':authority' 'imququ.com'

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{ ':method': 'GET',
  ':path': '/',
  ':authority': 'imququ.com',
  ':scheme': 'https',
  'user-agent': 'Mozilla/5.0 (Macintosh; Intel Mac OS X 10.11; rv:41.0) Gecko/20100101 Firefox/41.0',
  accept: 'text/html,application/xhtml+xml,application/xml;q=0.9,*/*;q=0.8',
  'accept-language': 'en-US,en;q=0.5',
  'accept-encoding': 'gzip, deflate',
  cookie: 'v=47; u=6f048d6e-adc4-4910-8e69-797c399ed456',
  pragma: 'no-cache' }
1 ':authority' ''
2 ':method' 'GET'
3 ':method' 'POST'
4 ':path' '/'
5 ':path' '/index.html'
6 ':scheme' 'http'
7 ':scheme' 'https'
8 ':status' '200'
... ...
32 'cookie' ''
... ...
60 'via' ''
61 'www-authenticate' ''
62 'pragma' 'no-cache'
63 'cookie' 'u=6f048d6e-adc4-4910-8e69-797c399ed456'
64 'accept-language' 'en-US,en;q=0.5'
65 'accept' 'text/html,application/xhtml+xml,application/xml;q=0.9,*/*;q=0.8'
66 'user-agent' 'Mozilla/5.0 (Macintosh; Intel Mac OS X 10.11; rv:41.0) Gecko/20100101 Firefox/41.0'
67 ':authority' 'imququ.com'

能够观察,这段从 Wireshark 拷出来的尾部数据足以健康解码,动态字典也获得了立异(62 – 67)。

总结

在拓宽 HTTP/2 网址品质优化时很首要一点是「使用尽可能少的连接数」,本文提到的头部压缩是里面贰个比较重大的案由:同三个一连上发出的呼吁和响应更多,动态字典积累得越全,底部压缩效果也就越好。所以,针对 HTTP/2 网址,最好施行是并非合併能源,不要散列域名。

暗许意况下,浏览器会针对那些景况选取同三个总是:

  • 同一域名下的能源;
  • 区别域名下的能源,不过满意七个尺码:1)解析到同一个IP;2)使用同贰个证件;

地点第一点轻巧领会,第二点则很轻松被忽视。实际上 Google已经这么做了,谷歌 一文山会海网址都共用了同三个证件,能够这样表达:

$ openssl s_client -connect google.com:443 |openssl x509 -noout -text | grep DNS depth=2 C = US, O = GeoTrust Inc., CN = GeoTrust Global CA verify error:num=20:unable to get local issuer certificate verify return:0 DNS:*.google.com, DNS:*.android.com, DNS:*.appengine.google.com, DNS:*.cloud.google.com, DNS:*.google-analytics.com, DNS:*.google.ca, DNS:*.google.cl, DNS:*.google.co.in, DNS:*.google.co.jp, DNS:*.google.co.uk, DNS:*.google.com.ar, DNS:*.google.com.au, DNS:*.google.com.br, DNS:*.google.com.co, DNS:*.google.com.mx, DNS:*.google.com.tr, DNS:*.google.com.vn, DNS:*.google.de, DNS:*.google.es, DNS:*.google.fr, DNS:*.google.hu, DNS:*.google.it, DNS:*.google.nl, DNS:*.google.pl, DNS:*.google.pt, DNS:*.googleadapis.com, DNS:*.googleapis.cn, DNS:*.googlecommerce.com, DNS:*.googlevideo.com, DNS:*.gstatic.cn, DNS:*.gstatic.com, DNS:*.gvt1.com, DNS:*.gvt2.com, DNS:*.metric.gstatic.com, DNS:*.urchin.com, DNS:*.url.google.com, DNS:*.youtube-nocookie.com, DNS:*.youtube.com, DNS:*.youtubeeducation.com, DNS:*.ytimg.com, DNS:android.com, DNS:g.co, DNS:goo.gl, DNS:google-analytics.com, DNS:google.com, DNS:googlecommerce.com, DNS:urchin.com, DNS:youtu.be, DNS:youtube.com, DNS:youtubeeducation.com

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$ openssl s_client -connect google.com:443 |openssl x509 -noout -text | grep DNS
 
depth=2 C = US, O = GeoTrust Inc., CN = GeoTrust Global CA
verify error:num=20:unable to get local issuer certificate
verify return:0
                DNS:*.google.com, DNS:*.android.com, DNS:*.appengine.google.com, DNS:*.cloud.google.com, DNS:*.google-analytics.com, DNS:*.google.ca, DNS:*.google.cl, DNS:*.google.co.in, DNS:*.google.co.jp, DNS:*.google.co.uk, DNS:*.google.com.ar, DNS:*.google.com.au, DNS:*.google.com.br, DNS:*.google.com.co, DNS:*.google.com.mx, DNS:*.google.com.tr, DNS:*.google.com.vn, DNS:*.google.de, DNS:*.google.es, DNS:*.google.fr, DNS:*.google.hu, DNS:*.google.it, DNS:*.google.nl, DNS:*.google.pl, DNS:*.google.pt, DNS:*.googleadapis.com, DNS:*.googleapis.cn, DNS:*.googlecommerce.com, DNS:*.googlevideo.com, DNS:*.gstatic.cn, DNS:*.gstatic.com, DNS:*.gvt1.com, DNS:*.gvt2.com, DNS:*.metric.gstatic.com, DNS:*.urchin.com, DNS:*.url.google.com, DNS:*.youtube-nocookie.com, DNS:*.youtube.com, DNS:*.youtubeeducation.com, DNS:*.ytimg.com, DNS:android.com, DNS:g.co, DNS:goo.gl, DNS:google-analytics.com, DNS:google.com, DNS:googlecommerce.com, DNS:urchin.com, DNS:youtu.be, DNS:youtube.com, DNS:youtubeeducation.com

利用多域名加上同样的 IP 和证书安排 Web 服务有特有的意思:让支持 HTTP/2 的终极只建构三个老是,用上 HTTP/2 合同带来的各个好处;而只协理 HTTP/1.1 的巅峰则会确立八个三番五次,达到同一时候越来越多并发诉求的指标。那在 HTTP/2 完全广泛前也是一个不利的挑三拣四。

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