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http/2时代的web性能

2016-04-18 15:51:37         来源:吴家荣的博客  
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http/2时代的web性能

2015年HTTP/2已经开始取代SPDY而登上历史的舞台。一直以来我们耳熟能详的那些Web性能优化技术,很可能会成为历史。HTTP/2在Web性能优化方面有哪些优势呢?与HTTP/1.1有什么不同?

本文和本次分享参考:第二届前端开发者大会讲师Holger Bartel的ppt

本文是为分享的PPT做准备的。叙述可能不具体和不到位。分享:Lecture 01 HTTP/2时代的Web性能

Slider: http://slides.com/wujiarong/deck

0 等待和延迟

生活中,我们经常处于各种各样的等待状态。

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当我们打开浏览器。情况仍然得不到很好的改善。<喎"http://www.2cto.com/kf/ware/vc/" target="_blank" class="keylink">vcD4NCjxwPmxvYWRpbmcmaGVsbGlwOzwvcD4NCjxwPjxpbWcgYWx0PQ=="" src="http://www.2cto.com/uploadfile/Collfiles/20160418/20160418154759668.jpg" title="\" />

没有人愿意等待。通常,等待都要等很长时间。

你应该听朋友说过。请等我一下,结果等了十几分钟。
你应该听女朋友说过。很快就好,结果等了将近1小时。

没有人喜欢等待。

何为等待:

直到某个时间点或者某个事件发生,才采取某些行动的延迟行为

等待即延迟

1 网页性能

定义:wiki百科

Web performance refers to the speed in which web pages are downloaded and displayed on the user’s web browser.

由此可见。web性能分为两个部分:网页加载的速度和网页渲染出来的速度。

网页加载的速度往往用时间来衡量。也就是网页加载时间。我们通常说是,网页性能。

一般来说,我们说网页性能,说的其实是网页加载时间:page loading time。顾名思义,这个时间当然是越短越好。

随着互联网和web技术的快速发展,我们想呈现给用户的东西越来越多。从一开始的纯文本、到少量图片、到更多的图片、甚至视频。

为了提升用户体验,使得呈现内容以更友好的形式呈现给用户。我们开始添加大量的css改善效果,添加js动画和css3动画增加动态性。

用户角度所谓的快:期待2-3秒加载一个网页。

50%的用户会关掉浏览器的tab,如果一个网页加载时间超过4s。

无可厚非,动态性的增加和呈现优化,大大地提升了用户体验。但随之而来的代价是,网页加载时间越来越长。

aspx">研究表明,1s时间的网页延迟,将导致:

减少11%的网页浏览量 减少16%的用户满意度 减少7%的利润转化

我们来看一个用户体验表格。

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From: Chapter 10. Primer on Web Performance

web性能社区的非官方公认:在250ms内,页面加载完成或者能有尽可能多的可视化反馈,能留住用户!

总结:越快越好!

2 web性能影响案例

亚马逊:网页加载速度增加100ms,销售额减少1%(参考:Amazon)

Walmart: 每优化1s,增加2%的利润转化。
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Akamai研究发现:

47%的用户希望网页在2s以内加载完成 40%的用户会关闭网页,如果网页加载时间超过3秒 52%的网购者更愿意到网页加载速度更快的购物网站购物

3 全球带宽情况

两个数据

全球平均带宽(下载):21.3Mbps (21.3/8 MB/s)

全球手机平均下载速度:10.9Mbps (10.9/8 MB/s)

From: netindex

几张图片

全球下载带宽情况:
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欧洲:

北美:

南美洲:

非洲:

Bandwidth and Round-Trip Time

RTT(Round-Trip Time): 往返时延。在计算机网络中它是一个重要的性能指标,表示从发送端发送数据开始,到发送端收到来自接收端的确认(接收端收到数据后便立即发送确认),总共经历的时延。

更大的带宽不代表更快的网页加载速度!More Bandwidth Doesn’t Matter(much)

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相对带宽,RTT对于网页性能的影响更大。

结论:
增加带宽对网页加载速度的提升不会有很大的影响。相反,应该减少RTT,或者RTT的个数。

4 改善web性能

4.0 HTTP是如何工作的?

超文本传输协议(HTTP,HyperText Transfer Protocol)是互联网上应用最为广泛的一种网络协议。所有的WWW文件都必须遵守这个标准。设计HTTP最初的目的是为了提供一种发布和接收HTML页面的方法。

1960年美国人Ted Nelson构思了一种通过计算机处理文本信息的方法,并称之为超文本(hypertext),这成为了HTTP超文本传输协议标准架构的发展根基。

Ted Nelson组织协调万维网协会(World Wide Web Consortium)和互联网工程工作小组(Internet Engineering Task Force )共同合作研究,最终发布了一系列的RFC,其中著名的RFC 2616定义了HTTP 1.1。

短视频视频:Basic concepts of web applications, how they work and the HTTP protocol

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Different types of HTTP requests

GET:This request is Used to get the Response header and the response body HEAD:This request is used to get back The response header only (not the response body as returned by the GET request..) POST:This request is used to submit data (eg : for to be used in HTML forms etc..)… PUT:Used for uploading resource PATCH:Is used to modify the resource DELETE:Used for deleting resource TRACE:simply echoes back the request sent by the client…This can be used for testing the servers and Checking weather the server is alive or not..

使用Telnet展现HTTP请求

Telnet www.baidu.com 80
GET / HTTP/1.1
TRACE / HTTP/1.1

4.1 HTTP/0.9 (1991)

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HTTP 0.9作为HTTP协议的第一个版本。是非常弱的。请求(Request)只有一行,比如:

GET www.cnblogs.com

从如此简单的请求体,没有POST方法,没有HTTP 头可以看出,那个时代的HTTP客户端只能接收一种类型:纯文本。并且,如果得不到所求的信息,也没有404 500等错误出现。

虽然HTTP 0.9看起来如此弱,但已经能满足那个时代的需求了。

4.2 HTTP/1.0 (1996)

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由于万维网需求激增,HTTP/0.9深感不能满足需求。这时候,拓展了很多功能的HTTP/1.0出来了。

HTTP/1.1的变化包括:

引入了POST方法 引入了HTTP头、状态码 HTTP传输内容不局限于文本。可以是图片、视频、文档等

4.3 HTTP/1.1 (1999)

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HTTP/1.1相对于1.0的改变不算太大。

主要是:
1. 增加了host头字段。
2. 增加了Range字段,使得客户端通过HTTP下载时只下载内容的一部分,这使得多线程下载也成为可能。

这里对于HTTP/1.1及以前的几个版本不做具体且深入的介绍。如果有兴趣或者质疑,请自行google。

从1.1发布到SPDY提出,中间11年时间。HTTP在这么长的时间内没有做任何更新。

我们知道HTTP/1.1在web性能方面存在着很多问题。

比如:

较为庞大的HTTP Head,占用较多的网络流量。 明文传输,不安全。 非持久连接:每个请求都要建立TCP连接,耗时巨大。 持久连接:单个TCP连接,可以发送多次请求。但是多个请求之间是有先后顺序的,后面发送的请求必须等待上一个请求返回才能发送响应。这会很容易导致后面的请求被阻塞,同样耗时。

这些问题足以导致出现很多安全性问题,和很差的网页性能,也就是很长的网页加载时间。

为了解决这些问题。关注web性能的社区或公司,就想出了很多的处理方案和诞生了一些针对改善web性能的技术。

比如:
雅虎14条网页性能优化原则。参考:YaHoo Web优化的14条法则

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减少HTTP请求次数 使用CDN(Content Delivery Network, 内容分发网络) 增加Expires Header(web cache) 压缩页面元素 把样式表放在头上 把脚本文件放在底部 避免CSS表达式 把JavaScript和CSS放到外部文件中 减少DNS查询次数 最小化JavaScript代码 避免重定向 删除重复的脚本文件 配置ETags 缓存Ajax

我们来分析一下什么因素影响网页性能,也就是会延长网页的加载时间。

一个网页,从浏览器请求,到服务器响应,返回数据或者资源,到浏览器接受完毕。其实宏观来说涉及了三个对象。

浏览器:请求数量影响PLT 路由网络:带宽和RTT影响PTL 服务器:服务器响应时间、数据库响应时间等影响PTL

我们暂时不讨论服务器响应时间,因为这个是人为可控的,而且一般来说是后台工程师的任务。

我们来看看浏览器和路由网络对PTL的影响。

在浏览器端,请求数量多少取决于网页结构和内容。如果图片、小图标、CSS文件、JS文件等太多,请求数量自然居高不下。这样就大大增加了PTL。

因此,在浏览器这个对象的视角。我们应该尽可能减少请求次数、增加并发连接数、尽量避免阻塞加载。

这样就产生了以上14条实践中的:1、3、5、6、8、12、13、14

从路由网络的视角。影响PTL的,是我们上面分析过的两个指标:带宽和RTT。

因此,在资源传输的中间环节,我们可以通过:增加带宽、带宽一定是减少数据量、减少RTT,这三个途径来减少PTL。

也因此产生了14条实践中的:2、4、9、10、11

把以上的内容再归结起来,涉及到的技术就有:

文件拼接和压缩 雪碧图 Inline Image Domain Sharding

为了从根本上解决以上的问题,而不是需要前端后台工程师做大量的性能优化工作,一个伟大的尝试出现了。那就是SPDY。

4.4 SPDY (2010)

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我们看看SPDY做了什么。参考:SPDY 协议介绍

多路复用
允许在一个TCP连接里面,允许无限并发流(在双方资源可承受的情况下)。因为请求是在一个单一的通道交错传输,TCP的可以达到很高的效率,从而更少的网络连接需要,可以以很高的 数据密度做传输。 具备优先级的请求
虽然无限的并行数据流的解决了序列化的问题,但是它们引入了另一个问题:如果由于信道带宽的限制,客户端可能会阻止怕堵塞通道的要求。为了克服这个问题,SPDY实现请求的优先次序:客户端可以请求尽可能多的项目,每个请求分配一个优先级。这样即使高优先级的请求仍处在pending状态,通道也不会传输非关键的,低优先级的请求,这样就有效地阻止了传输拥塞。 HTTP Header 压缩
对于HTTP 请求,响应头,SPDY都做了压缩,这样包更小,对于RESTFUL类型的WEB2.0 ,or OpenAPI 业务,将会有可观的效率提升。 服务器端推送
SPDY通过X-Associated-Content 协议头来向客户端推送数据,头通知客户端,我要向你推送资源,准备接收好了。最近火爆的Google+ ,如果你用chrome浏览器,默认就采用SPDY技术,并且开启了服务器推送技术。服务器的推技术,全面提升了用户体验,是G+ 产品很快占据了足够多的优势,最近Facebook 开发自己的浏览器,也有摆脱现在技术限制的考虑 服务器暗示
不像上面提到的PUSH 技术,服务器会先告诉浏览器,你可以下载ABC资源了,这个ABC资源,可能就是下一个页面的JS ,CSS ,或者内容。服务器不会主动推送的,仍旧等待客户端请求,这对于低速网络,是个很大的优化,有点类似于我们的预加载技术。

4.5 HTTP/2 (2015)

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HTTP/2基于SPDY,优于SPDY。参考:HTTP/2 新特性浅析

不同点:

HTTP/2 支持明文 HTTP 传输,而 SPDY 强制使用 HTTPS HTTP/2 消息头的压缩算法采用 HPACK ,而非 SPDY 采用的 DELEFT

HTTP2优势:

HTTP/2 采用二进制格式传输数据,而非 HTTP/1.x 的文本格式。二进制格式在协议的解析和优化扩展上带来更多的优势和可能。 HTTP/2 对消息头采用 HPACK 进行压缩传输,能够节省消息头占用的网络的流量。而 HTTP/1.x 每次请求,都会携带大量冗余头信息,浪费了很多带宽资源。头压缩能够很好的解决该问题。 多路复用,直白的说就是所有的请求都是通过一个 TCP 连接并发完成。HTTP/1.x 虽然能利用一个连接完成多次请求,但是多个请求之间是有先后顺序的,后面发送的请求必须等待上一个请求返回才能发送响应。这会很容易导致后面的请求被阻塞,而 HTTP/2 做到了真正的并发请求。 同时, 流还支持优先级和流量控制。 Server Push:服务端能够更快的把资源推送给客户端。例如服务端可以主动把 JS 和 CSS 文件推送给客户端,而不需要客户端解析 HTML 再发送这些请求。当客户端需要的时候,它已经在客户端了。

5 拥抱HTTP/2

使用HTTP/2

第一步:使用SSL\TLS加密你的HTTP连接,也就是使用HTTPS
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第二步:配置支持HTTP/2的服务器

第三步:检查浏览器兼容性

nodejs width HTTP/2

利用Package: http2可以部署nodejs的http2服务。

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代码:

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