HTTP2 Server Push的研究

發表於2017-01-05

1，HTTP2的新特性。

關於HTTP2的新特性，讀著可以參看我之前的文章，這裡就不在多說了，本篇文章主要講一下server push這個特性。

2，Server Push是什麼。

簡單來講就是當使用者的瀏覽器和伺服器在建立連結後，伺服器主動將一些資源推送給瀏覽器並快取起來，這樣當瀏覽器接下來請求這些資源時就直接從快取中讀取，不會在從伺服器上拉了，提升了速率。舉一個例子就是：

假如一個頁面有3個資原始檔index.html,index.css,index.js,當瀏覽器請求index.html的時候，伺服器不僅返回index.html的內容，同時將index.css和index.js的內容push給瀏覽器，當瀏覽器下次請求這2兩個檔案時就可以直接從快取中讀取了。

3，Server Push原理是什麼。

要想了解server push原理，首先要理解一些概念。我們知道HTTP2傳輸的格式並不像HTTP1使用文字來傳輸，而是啟用了二進位制幀(Frames)格式來傳輸，和server push相關的幀主要分成這幾種型別：

HEADERS frame(請求返回頭幀):這種幀主要攜帶的http請求頭資訊，和HTTP1的header類似。
DATA frames(資料幀) :這種幀存放真正的資料content，用來傳輸。
PUSH_PROMISE frame(推送幀):這種幀是由server端傳送給client的幀，用來表示server push的幀，這種幀是實現server push的主要幀型別。
RST_STREAM(取消推送幀):這種幀表示請求關閉幀，簡單講就是當client不想接受某些資源或者接受timeout時會向傳送方傳送此幀，和PUSH_PROMISE frame一起使用時表示拒絕或者關閉server push。

Note:HTTP2.0相關的幀其實包括10種幀，正是因為底層資料格式的改變，才為HTTP2.0帶來許多的特性，幀的引入不僅有利於壓縮資料，也有利於資料的安全性和可靠傳輸性。

瞭解了相關的幀型別，下面就是具體server push的實現過程了：

由多路複用我們可以知道HTTP2中對於同一個域名的請求會使用一條tcp連結而用不同的stream ID來區分各自的請求。
當client使用stream 1請求index.html時，server正常處理index.html的請求，並可以得知index.html頁面還將要會請求index.css和index.js。
server使用stream 1傳送PUSH_PROMISE frame給client告訴client我這邊可以使用stream 2來推送index.js和stream 3來推送index.css資源。
server使用stream 1正常的傳送HEADERS frame和DATA frames將index.html的內容返回給client。
client接收到PUSH_PROMISE frame得知stream 2和stream 3來接收推送資源。
server拿到index.css和index.js便會傳送HEADERS frame和DATA frames將資源傳送給client。
client拿到push的資源後會快取起來當請求這個資源時會從直接從從快取中讀取。

下圖表示了整個流程：

4，Server Push怎麼用。

既然server push這麼神奇，那麼我們如何使用呢？怎麼設定伺服器push哪些檔案呢？

首先並不是所有的伺服器都支援server push，nginx目前還不支援這個特性，可以在nginx的官方部落格上得到證實https://www.nginx.com/blog/http2-r7/，但是Apache和nodejs都已經支援了server push這一個特性，需要說明一點的是server push這個特性是基於瀏覽器和伺服器的，所以瀏覽器並沒有提供相應的js api來讓使用者直接操作和控制push的內容，所以只能是通過header資訊和server的配置來實現具體的push內容，本文主要以nodejs來說明具體如何使用server push這一特性。

準備工作：下載nodejs http2支援，本地啟動nodejs服務。

1. 首先我們使用nodejs搭建基本的server：

var http2 = require('http2');
 
var url=require('url');
var fs=require('fs');
var mine=require('./mine').types;
var path=require('path');
 
var server = http2.createServer({
  key: fs.readFileSync('./zs/localhost.key'),
  cert: fs.readFileSync('./zs/localhost.crt')
}, function(request, response) {
    var pathname = url.parse(request.url).pathname;
    var realPath = path.join("my", pathname);    //這裡設定自己的檔名稱;
 
    var pushArray = [];
    var ext = path.extname(realPath);
    ext = ext ? ext.slice(1) : 'unknown';
    var contentType = mine[ext] || "text/plain";
 
    if (fs.existsSync(realPath)) {
 
        response.writeHead(200, {
            'Content-Type': contentType
        });
 
        response.write(fs.readFileSync(realPath,'binary'));
 
    } else {
      response.writeHead(404, {
          'Content-Type': 'text/plain'
      });
 
      response.write("This request URL " + pathname + " was not found on this server.");
      response.end();
    }
 
});
 
server.listen(443, function() {
  console.log('listen on 443');
});

var http2 = require('http2');

var url=require('url');

var fs=require('fs');

var mine=require('./mine').types;

var path=require('path');

var server = http2.createServer({

key: fs.readFileSync('./zs/localhost.key'),

cert: fs.readFileSync('./zs/localhost.crt')

}, function(request, response) {

var pathname = url.parse(request.url).pathname;

var realPath = path.join("my", pathname); //這裡設定自己的檔名稱;

var pushArray = [];

var ext = path.extname(realPath);

ext = ext ? ext.slice(1) : 'unknown';

var contentType = mine[ext] || "text/plain";

if (fs.existsSync(realPath)) {

response.writeHead(200, {

'Content-Type': contentType

});

response.write(fs.readFileSync(realPath,'binary'));

} else {

response.writeHead(404, {

'Content-Type': 'text/plain'

});

response.write("This request URL " + pathname + " was not found on this server.");

response.end();

}

});

server.listen(443, function() {

console.log('listen on 443');

});

這幾行程式碼就是簡單搭建一個nodejs http2服務，開啟chrome，我們可以看到所有請求都走了http2，同時也可以驗證多路複用的特性。

這裡需要注意幾點：

建立http2的nodejs服務必須時基於https的，因為現在主流的瀏覽器都要支援SSL/TLS的http2，證照和私鑰可以自己通過OPENSSL生成。
node http2的相關api和正常的node httpserver相同，可以直接使用。

2. 設定我們的server push：

var pushItem = response.push('/css/bootstrap.min.css', {
       request: {
            accept: '*/\*'
       },
      response: {
            'content-type': 'text/css'
     }
});
pushItem.end(fs.readFileSync('/css/bootstrap.min.css','binary'));

var pushItem = response.push('/css/bootstrap.min.css', {

request: {

accept: '*/\*'

response: {

'content-type': 'text/css'

}

});

pushItem.end(fs.readFileSync('/css/bootstrap.min.css','binary'));

我們設定了bootstrap.min.css來通過server push到我們的瀏覽器,我們可以在瀏覽器中檢視：

可以看到，啟動server push的資源timelime非常快，大大加速了css的獲取時間。

這裡需要注意下面幾點：

我們呼叫response.push(),就是相當於server發起了PUSH_PROMISE frame來告知瀏覽器bootstrap.min.css將會由server push來獲取。
response.push()返回的物件時一個正常的ServerResponse,end(),writeHeader()等方法都可以正常呼叫。
這裡一旦針對某個資源呼叫response.push()即發起PUSH_PROMISE frame後，要做好容錯機制，因為瀏覽器在下次請求這個資源時會且只會等待這個server push回來的資源，這裡要做好超時和容錯即下面的程式碼：

try {
    pushItem.end(fs.readFileSync('my/css/bootstrap.min.css','binary'));
    } catch(e) {
       response.writeHead(404, {
           'Content-Type': 'text/plain'
       });
       response.end('request error');
}
 
pushItem.stream.on('error', function(err){
    response.end(err.message);
});
 
pushItem.stream.on('finish', function(err){
   console.log('finish');
});

try {

pushItem.end(fs.readFileSync('my/css/bootstrap.min.css','binary'));

} catch(e) {

response.writeHead(404, {

'Content-Type': 'text/plain'

});

response.end('request error');

}

pushItem.stream.on('error', function(err){

response.end(err.message);

});

pushItem.stream.on('finish', function(err){

console.log('finish');

});

上面的程式碼你可能會發現許多和正常nodejs的httpserver不一樣的東西，那就是stream，其實整個http2都是以stream為單位，這裡的stream其實可以理解成一個請求，更多的api可以參考：node-http2。

最後給大家推薦一個老外寫的專門服務http2的node server有興趣的可以嘗試一下。https://gitlab.com/sebdeckers/http2server

5，Server Push相關問題。

我們知道現在我們web的資源一般都是放在CDN上的，那麼CDN的優勢和server push的優勢有何區別呢，到底是哪個比較快呢？這個問題筆者也一直在研究，本文的相關demo都只能算做一個演示，具體的線上實踐還在進行中。
由於HTTP2的一些新特性例如多路複用，server push等等都是基於同一個域名的，所以這可能會對我們之前對於HTTP1的一些優化措施例如(資源拆分域名，合併等等)不一定適用。
server push不僅可以用作拉取靜態資源，我們的cgi請求即ajax請求同樣可以使用server push來傳送資料。
最完美的結果是CDN域名支援HTTP2,web server域名也同時支援HTTP2。

參考資料：

HTTP2官方標準：https://tools.ietf.org/html/rfc7540
維基百科：https://en.wikipedia.org/wiki/HTTP/2_Server_Push
https://www.nihaoshijie.com.cn/index.php/archives/651

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