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深入研究：http2的真正性能到底如何

作者：jrainlau
開發 前端
http2的概念提出已經有相當長一段時間了，而網上關于關于http2的文章也一搜一大把。但是從搜索的結果來看，現有的文章多是偏向于對http2的介紹，鮮有真正從數據上具體分析的。這篇文章正是出于填補這塊空缺內容的目的，通過一系列的實驗以及數據分析，對http2的性能進行深入研究。

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一、研究目的

http2的概念提出已經有相當長一段時間了，而網上關于關于http2的文章也一搜一大把。但是從搜索的結果來看，現有的文章多是偏向于對http2的介紹，鮮有真正從數據上具體分析的。這篇文章正是出于填補這塊空缺內容的目的，通過一系列的實驗以及數據分析，對http2的性能進行深入研究。當然，由于本人技術有限，實驗所使用的方法肯定會有不足之處，如果各位看官有發現問題，還請向我提出，我一定會努力修改完善實驗的方法的!

二、基礎知識

關于HTTP2的基礎知識，可以參考下列幾篇文章，在這里就不進行贅述了。

通過學習相關資料，我們已經對HTTP2有了一個大致的認識，接下來將通過設計一個模型，對HTTP2的性能進行實驗測試。

三、實驗設計

設置實驗組：搭建一個HTTP2(SPDY)服務器，能夠以HTTP2的方式響應請求。同時，響應的內容大小，響應的延遲時間均可自定義。

設置對照組：搭建一個HTTP1.x服務器，以HTTP1.x的方式響應請求，其可自定義內容同實驗組。另外為了減少誤差，HTTP1.x服務器使用https協議。

測試過程：客戶端通過設置響應的內容大小、請求資源的數量、延遲時間、上下行帶寬等參數，分別對實驗組服務器和對照組服務器發起請求，統計響應完成所需時間。

由于nginx切換成http2需要升級nginx版本以及取得https證書，且在服務器端的多種自定義設置所涉及的操作環節相對復雜，綜合考慮之下放棄使用nginx作為實驗用服務器的方案，而是采用了NodeJS方案。在實驗的初始階段，使用了原生的NodeJS搭配node-http2模塊進行服務器搭建，后來改為了使用express框架搭配node-spdy模塊搭建。原因是，原生NodeJS對于復雜請求的處理非常復雜，express框架對請求、響應等已經做了一系列的優化，可以有效減少人為的誤差。另外node-http2模塊無法與express框架兼容，同時它的性能較之node-spdy模塊也更低(General performance, node-spdy vs node-http2 #98)，而node-spdy模塊的功能與node-http2模塊基本一致。

1、服務器搭建

實驗組和對照組的服務器邏輯完全一致，關鍵代碼如下：

  1. app.get('/option/?', (req, res) => { 
  2.     allow(res) 
  3.     let size = req.query['size'] 
  4.     let delay = req.query['delay'] 
  5.     let buf = new Buffer(size * 1024 * 1024) 
  6.     setTimeout(() => { 
  7.         res.send(buf.toString('utf8')) 
  8.     }, delay) 
  9. })  

其邏輯是，根據從客戶端傳入的參數，動態設置響應資源的大小和延遲時間。

2、客戶端搭建

客戶端可動態設置請求的次數、資源的數目、資源的大小和服務器延遲時間。同時搭配Chrome的開發者工具，可以人為模擬不同網絡環境。在資源請求響應結束后，會自動計算總耗時時間。關鍵代碼如下：

  1. for (let i = 0; i < reqNum; i++) { 
  2.     $.get(url, function (data) { 
  3.         imageLoadTime(output, pageStart) 
  4.     }) 
  5. }  

客戶端通過循環對資源進行多次請求，其數量可設置。每一次循環都會通過imageLoadTime更新時間，以實現時間統計的功能。

3、實驗項目

a. http2性能研究

通過研究章節二的文章內容，可以把http2的性能影響因素歸結于“延遲”和“請求數目”。本實驗增加了“資源體積”和“網絡環境”作為影響因素，下面將會針對這四項進行詳細的測試實驗。其中每一次實驗都會重復10次，取平均值后作記錄。

b. 服務端推送研究

http2還有一項非常特別的功能——服務端推送。服務端推送允許服務器主動向客戶端推送資源。本實驗也會針對這個功能展開研究，主要研究服務端推送的使用方法及其對性能的影響。

四、http2性能數據統計

1、延遲因素對性能的影響

 

   

2、請求數目對性能的影響

通過上一個實驗，可以知道在延遲為10ms的時候，http1.x和http2的時間統計相近，故本次實驗延遲時間設置為10ms。

 

 

 

3、資源體積對性能的影響

通過上兩個實驗，可以知道在延遲為10ms，資源數目為30個的時候，http1.x和http2的時間統計相近，故本次實驗延遲時間設置為10ms，資源數目30個。

 

4、網絡環境對性能的影響

通過上兩個實驗，可以知道在延遲為10ms，資源數目為30個的時候，http1.x和http2的時間統計相近，故本次實驗延遲時間設置為10ms，資源數目30個。

 

 

五、http2服務端推送實驗

本實驗主要針對網絡環境對服務端推送速度的影響進行研究。在本實驗中，所請求/推送的資源都是一個體積為290Kb的JS文件。每一個網絡環境下都會重復十次實驗，取平均值后填入表格。

 

從上述表格可以發現一個非常奇怪的現象，在開啟了網絡節流以后(包括Wifi選項)，服務端推送的速度都遠遠比不上普通的客戶端請求，但是在關閉了網絡節流后，服務端推送的速度優勢非常明顯。在網絡節流的Wifi選項中，下載速度為30M/s，上傳速度為15M/s。而測試所用網絡的實際下載速度卻只有542K/s，上傳速度只有142K/s，遠遠達不到網絡節流Wifi選項的速度。為了分析這個原因，我們需要理解“服務端推送”的原理，以及推送過來的資源的存放位置在哪里。

普通的客戶端請求過程如下圖：

服務端推送的過程如下圖：

從上述原理圖可以知道，服務端推送能把客戶端所需要的資源伴隨著index.html一起發送到客戶端，省去了客戶端重復請求的步驟。正因為沒有發起請求，建立連接等操作，所以靜態資源通過服務端推送的方式可以極大地提升速度。但是這里又有一個問題，這些被推送的資源又是存放在哪里呢?參考了這篇文章Issue 5: HTTP/2 Push以后，終于找到了原因。我們可以把服務端推送過程的原理圖深入一下：

服務端推送過來的資源，會統一放在一個網絡與http緩存之間的一個地方，在這里可以理解為“本地”。當客戶端把index.html解析完以后，會向本地請求這個資源。由于資源已經本地化，所以這個請求的速度非常快，這也是服務端推送性能優勢的體現之一。當然，這個已經本地化的資源會返回200狀態碼，而非類似localStorage的304或者200 (from cache)狀態碼。Chrome的網絡節流工具，會在任何“網絡請求”之間加入節流，由于服務端推送活來的靜態資源也是返回200狀態碼，所以Chrome會把它當作網絡請求來處理，于是導致了上述實驗所看到的問題。

六、研究結論

通過上述一系列的實驗，我們可以知道http2的性能優勢集中體現在“多路復用”和“服務端推送”上。對于請求數目較少(約小于30個)的情況下，http1.x和http2的性能差異不大，在請求數目較多且延遲大于30ms的情況下，才能體現http2的性能優勢。對于網絡狀況較差的環境，http2的性能也高于http1.x。與此同時，如果把靜態資源都通過服務端推送的方式來處理，加載速度會得到更加巨大的提升。

在實際的應用中，由于http2多路復用的優勢，前端應用團隊無須采取把多個文件合并成一個，生成雪碧圖之類的方法減少網絡請求。除此之外，http2對于前端開發的影響并不大。

服務端升級http2，如果是使用NodeJS方案，只需要把node-http模塊升級為node-spdy模塊，并加入證書即可。nginx方案的話可以參考這篇文章：Open Source NGINX 1.9.5 Released with HTTP/2 Support

若要使用服務端推送，則在服務端需要對響應的邏輯進行擴展，這個需要視情況具體分析實施。

七、后記

紙上得來終覺淺，絕知此事要躬行。如果不是真正的設計實驗、進行實驗，我可能根本不會知道原來http2也有坑，原來使用Chrome做調試的時候也有需要注意的地方。

希望這篇文章能夠對研究http2的同學有些許幫助吧，如文章開頭所說，如果你發現我的實驗設計有任何問題，或者你想到了更好的實驗方式，也歡迎向我提出，我一定會認真研讀你的建議的!

下面附送實驗所需源碼：1、客戶端頁面

  1. <!-- http1_vs_http2.html --> 
  2.  
  3. <!DOCTYPE html> 
  4. <html lang="en"> 
  5. <head> 
  6.    <meta charset="UTF-8"> 
  7.    <title>http1 vs http2</title> 
  8.    <script src="//cdn.bootcss.com/jquery/1.9.1/jquery.min.js"></script> 
  9.    <style> 
  10.        .box { 
  11.            float: left; 
  12.            width: 200px; 
  13.            margin-right: 100px; 
  14.            margin-bottom: 50px; 
  15.            padding: 20px; 
  16.            border: 4px solid pink; 
  17.            font-family: Microsoft Yahei; 
  18.        } 
  19.        .box h2 { 
  20.            margin: 5px 0; 
  21.        } 
  22.        .box .done { 
  23.            color: pink; 
  24.            font-weight: bold; 
  25.            font-size: 18px; 
  26.        } 
  27.        .box button { 
  28.            padding: 10px; 
  29.            display: block; 
  30.            margin: 10px 0; 
  31.        } 
  32.    </style> 
  33. </head> 
  34. <body> 
  35.    <div class="box"> 
  36.        <h2>Http1.x</h2> 
  37.        <p>Time: <span id="output-http1"></span></p> 
  38.        <p class="done done-1">× Unfinished...</p> 
  39.        <button class="btn-1">Get Response</button> 
  40.    </div> 
  41.  
  42.    <div class="box"> 
  43.        <h2>Http2</h2> 
  44.        <p>Time: <span id="output-http2"></span></p> 
  45.        <p class="done done-1">× Unfinished...</p> 
  46.        <button class="btn-2">Get Response</button> 
  47.    </div> 
  48.  
  49.    <div class="box"> 
  50.        <h2>Options</h2> 
  51.        <p>Request Num: <input type="text" id="req-num"></p> 
  52.        <p>Request Size (Mb): <input type="text" id="req-size"></p> 
  53.        <p>Request Delay (ms): <input type="text" id="req-delay"></p> 
  54.    </div> 
  55.  
  56.    <script> 
  57.        function imageLoadTime(id, pageStart) { 
  58.          let lapsed = Date.now() - pageStart; 
  59.          document.getElementById(id).innerHTML = ((lapsed) / 1000).toFixed(2) + 's' 
  60.        } 
  61.         
  62.        let boxes = document.querySelectorAll('.box') 
  63.        let doneTip = document.querySelectorAll('.done') 
  64.        let reqNumInput = document.querySelector('#req-num') 
  65.        let reqSizeInput = document.querySelector('#req-size') 
  66.        let reqDelayInput = document.querySelector('#req-delay') 
  67.  
  68.        let reqNum = 100 
  69.        let reqSize = 0.1 
  70.        let reqDelay = 300 
  71.  
  72.        reqNumInput.value = reqNum 
  73.        reqSizeInput.value = reqSize 
  74.        reqDelayInput.value = reqDelay 
  75.  
  76.        reqNumInput.onblur = function () { 
  77.            reqNum = reqNumInput.value 
  78.        } 
  79.  
  80.        reqSizeInput.onblur = function () { 
  81.            reqSize = reqSizeInput.value 
  82.        } 
  83.  
  84.        reqDelayInput.onblur = function () { 
  85.            reqDelay = reqDelayInput.value 
  86.        } 
  87.  
  88.        function clickEvents(index, url, output, server) { 
  89.            doneTip[index].innerHTML = '× Unfinished...' 
  90.            doneTip[index].style.color = 'pink' 
  91.            boxes[index].style.borderColor = 'pink' 
  92.            let pageStart = Date.now() 
  93.            for (let i = 0; i < reqNum; i++) { 
  94.                $.get(url, function (data) { 
  95.                    console.log(server + ' data') 
  96.                    imageLoadTime(output, pageStart) 
  97.                    if (i === reqNum - 1) { 
  98.                        doneTip[index].innerHTML = '√ Finished!' 
  99.                        doneTip[index].style.color = 'lightgreen' 
  100.                        boxes[index].style.borderColor = 'lightgreen' 
  101.                    } 
  102.                }) 
  103.            } 
  104.        } 
  105.  
  106.        document.querySelector('.btn-1').onclick = function () { 
  107.            clickEvents(0, 'https://localhost:1001/option?size=' + reqSize + '&delay=' + reqDelay, 'output-http1', 'http1.x') 
  108.        } 
  109.  
  110.        document.querySelector('.btn-2').onclick = function () { 
  111.            clickEvents(1, 'https://localhost:1002/option?size=' + reqSize + '&delay=' + reqDelay, 'output-http2', 'http2') 
  112.        } 
  113.    </script> 
  114. </body> 
  115. </html>  

2、服務端代碼(http1.x與http2僅有一處不同)

  1. const http = require('https') // 若為http2則把'https'模塊改為'spdy'模塊 
  2. const url = require('url') 
  3. const fs = require('fs') 
  4. const express = require('express') 
  5. const path = require('path') 
  6.  
  7. const app = express() 
  8.  
  9. const options = { 
  10.   key: fs.readFileSync(`${__dirname}/server.key`), 
  11.   cert: fs.readFileSync(`${__dirname}/server.crt`) 
  12. } 
  13.  
  14. const allow = (res) => { 
  15.   res.header("Access-Control-Allow-Origin", "*") 
  16.   res.header("Access-Control-Allow-Headers", "X-Requested-With") 
  17.   res.header("Access-Control-Allow-Methods","PUT,POST,GET,DELETE,OPTIONS") 
  18. } 
  19.  
  20. app.set('views', path.join(__dirname, 'views')) 
  21. app.set('view engine', 'ejs') 
  22. app.use(express.static(path.join(__dirname, 'static'))) 
  23.  
  24. app.get('/option/?', (req, res) => { 
  25.     allow(res) 
  26.     let size = req.query['size'] 
  27.     let delay = req.query['delay'] 
  28.     let buf = new Buffer(size * 1024 * 1024) 
  29.     setTimeout(() => { 
  30.         res.send(buf.toString('utf8')) 
  31.     }, delay) 
  32. }) 
  33.  
  34. http.createServer(options, app).listen(1001, (err) => { // http2服務器端口為1002 
  35.     if (err) throw new Error(err) 
  36.     console.log('Http1.x server listening on port 1001.') 
  37. })  
責任編輯：龐桂玉 來源： segmentfault
http2spdynode.js
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