HTTP/2 從零到一

什麼是 HTTP/2？

在談到 HTTP/2 之前，讓我們先回顧一下整個 HTTP 發展的歷史。

1989 年，Berners Lee 提出了 World Wide Web (WWW) 這個 project，成為了世界上第一版的網路，而剛誕生的網路只存在一種 HTTP Method，即是 GET，當時所有的 server response 全都是靜態的 HTML。

一直到了 1996 年，HTTP/1.0 進入人們的世界中。隔年，我們至今仍四處可見的 HTTP/1.1 便誕生了，我們至今熟悉的 HTTP Method、Status Code、Header 等等也都在這些時候出現。

而 HTTP/2 本身可以說是起源於 SPDY Protocol，由一群來自 Google 的 engineers 所研發。雖然最後 SPDY 並沒有成為 HTTP/2，但是有很大一部分的設計理念都來自於此。

在 2015 年 5 月，HTTP/2 被正式介紹給世界，而這將近 20 年的歷史中，我們終於有能更貼近現代傳輸需求的 protcol，可以更大幅度提升使用者體驗。

為什麼我們需要 HTTP/2？

HTTP 基本上是一個 request <-> response 的 protocol，當時的設計主要是用於 browser 跟 server 之間進行 plain text 一次性的傳輸。

而後來的 HTTP/1.0 引入了其他多媒體類型，例如圖片。而 HTTP/1.1 除非明確指定，不然將預設 persist connection，所以多個 requests 可以重複使用相同的 connection 而減少使用者的等待時間。

這些都是很不錯的進步，讓使用者能有更好的體驗。然而，在 2000 年以後，網頁技術開始有飛躍性地進步，從 AJAX、jQuery、CSS3、HTML 5 到後來的 Angular、React、Vue 等等，都讓工程師能用更簡單的方法完成更複雜的前端應用程式，這也同時意味著 client 跟 server 端會容易有更多的互動。

左: 2010 ~ 2019 網頁渲染所需下載 kb / 右: 2010 ~ 2019 網頁渲染所需 requests 數 / Source: https://httparchive.org/reports/state-of-the-web

從上圖中可以看出，網頁所需要的數據大小或是請求數都是不斷上升地。
HTTP/1.x 仍有一些基礎上的限制，像是純文字傳輸、缺少 server 主動推送資料的能力等等，讓我們沒辦法進一步提高效能。而這一些 HTTP/2 才具備的優勢，會在下面詳細介紹。

HTTP/2 比 HTTP/1.x 好在哪？

先用一個清單列出使用 HTTP/2 的好處，針對某些優點，我們下面會有更詳細的解釋。

優點

與 HTTP/1.x 的許多標準相容（method, status code, etc.）
Header Compression（頭部壓縮）
Binary Protocol（二進位協定）
HTTP/2 Server Push（伺服器推送）
TCP Multiplexing（多路複用）
No HOL blocking

Request Multiplexing 多路複用

HTTP/1.x 一直以來都有 Head-of-Line blocking 的問題，意即當一個 request 下載的內容過大時，會阻塞其他 request。雖然 HTTP/1.1 出現了 pipelining 試圖解決這個問題，但因實作細節上的難度，沒有被大多數 browser 支援，且因為要求 request 的 response 要有序，所以若任何一個 request 太大或太慢時，依然會有 blocking 的問題。

而 HTTP/2允許 client 透過同一個 TCP connection 同步發送多個 requests 給 server，而 server 也能用同一個 TCP connection 同步回傳，進而減少額外的 RTT (round trip time)

Header Compression 頭部壓縮

HTTP/2 利用 HPACK 進行壓縮，其中包含 1. 靜態字典 2. 動態字典 3. 霍夫曼編碼三種方式，將大量重複的 Header key:value 壓縮成 1 ~ 2 bytes。
在許多 modern web，初始頁面渲染常常要 80 甚至 100 個 requests，Header Compression 在節省流量上有顯著的效益。

Binary Protocol 二進位協定

HTTP/2 在傳輸時是以 Binary 為主，這大大減輕了實作上的負擔，而且 Binary 的 Parsing 遠遠比 Text 還要來得有效率。
在 HTTP/1.1，為了正確處理純文字的 parsing（換行、空行、空白等等都是需要特別處理），定義了四種方法，而在 HTTP/2 中只需要一種處理方式。

HTTP/2 Server Push 伺服器推送

以一般的 web 為例，傳統 HTTP/1.x 要等到 browser 收到 HTML 之後，再根據上面指定的網址去索取對應的 CSS 跟 JavaScript。
而透過 Server Push，server 可以在 client 提出後續請求之前，主動將這些已知會被接著請求的檔案推送給 client。