GitHub 19k Star 的Java工程師成神之路，不來了解一下嗎！
GitHub 19k Star 的Java工程師成神之路，真的不來了解一下嗎！
GitHub 19k Star 的Java工程師成神之路，真的真的不來了解一下嗎！
最近一段時間以來，關於HTTP/3的新聞有很多，越來越多的國際大公司已經開始使用HTTP/3了。
所以，HTTP/3已經是箭在弦上了，全面使用只是個時間問題，那麼，作為一線開發者，我們也是時候瞭解下到底什麼是HTTP/3，為什麼需要HTTP/3了。
於是，我準備開始寫這篇文章，但是要想把HTTP/3的事情說清楚，一定繞不過的問題就是HTTP/2，所以寫著寫著，篇幅越來越多，於是我就把他們分成了上下兩篇。
這一篇我們主要來回顧下HTTP/2，然後再來重點看一下HTTP/2存在哪些問題，為什麼要被棄用。
HTTP/2 輝煌不在？
雖然HTTP/2標準在2015年5月就以RFC 7540正式發表了，並且多數瀏覽器在2015年底就支援了。
但是，真正被廣泛使用起來要到2018年左右，但是也是在2018年，11月IETF給出了官方批准，認可HTTP-over-QUIC成為HTTP/3。
2018年的時候，我寫過一篇文章介紹《HTTP/2到底是什麼？》，那時候HTTP/2還是個新技術，剛剛開始有軟體支援，短短兩年過去了，現在HTTP/3已經悄然而至了。
根據W3Techs的資料，截至2019年6月，全球也僅有36.5%的網站支援了HTTP/2。所以，可能很多網站還沒開始支援HTTP/2，HTTP/3就已經來了。
所以，對於很多網站來說，或許直接升級HTTP/3是一個更加正確的選擇。
回顧 HTTP/2
在閱讀本文之前，強烈建議大家先閱讀下《HTTP/2到底是什麼？》這篇文章，這裡面介紹了HTTP的歷史，介紹了各個版本的HTTP協議的誕生的背景。
當你讀到這裡的時候，我預設大家對HTTP/2有了一定的基本瞭解。
我們知道，HTTP/2的誕生，主要是為了解決HTTP/1.1中的效率問題，HTTP/2中最核心的技術就是多路複用技術，即允許同時通過單一的HTTP/2.0連線發起多重的請求-響應訊息。
同時還實現了二進位制分幀、header壓縮、服務端推送等技術。
從HTTP/1.0誕生，一直到HTTP/2，在這24年裡，HTTP協議已經做過了三次升級，但是有一個關鍵的技術點是不變的，那就是這所有的HTTP協議，都是基於TCP協議實現的。
流水的HTTP，鐵打的TCP。這是因為相對於UDP協議，TCP協議更加可靠。
雖然在HTTP/1.1的基礎上推出HTTP/2大大的提升了效率，但是還是有很多人認為這只是個"臨時方案"，這也是為什麼剛剛推出沒多久，業內就開始大力投入HTTP/3的研發與推廣了。
而這背後的深層次原因也正是因為他還是基於TCP協議實現的。TCP協議雖然更加可靠，但是還是存在著一定的問題，接下來具體分析下。
HTTP/2 問題
隊頭阻塞
隊頭阻塞翻譯自英文head-of-line blocking，這個詞並不新鮮，因為早在HTTP/1.1時代，就一直存在著隊頭阻塞的問題。
但是很多人在一些資料中會看到有論點說HTTP/2解決了隊頭阻塞的問題。但是這句話只對了一半。
只能說HTTP/2解決了HTTP的隊頭阻塞問題，但是並沒有解決TCP隊頭阻塞問題！
如果大家對於HTTP的歷史有一定的瞭解的話，就會知道。HTTP/1.1相比較於HTTP/1.0來說，最主要的改進就是引入了持久連線（keep-alive）。
所謂的持久連線就是：在一個TCP連線上可以傳送多個HTTP請求和響應，減少了建立和關閉連線的消耗和延遲。
引入了持久連線之後，在效能方面，HTTP協議有了明顯的提升。
另外，HTTP/1.1允許在持久連線上使用請求管道，是相對於持久連線的又一效能優化。
所謂請求管道，就是在HTTP響應到達之前，可以將多條請求放入佇列，當第一條HTTP請求通過網路流向伺服器時，第二條和第三條請求也可以開始傳送了。在高時延網路條件下，這樣做可以降低網路的環回時間，提高效能。
但是，對於管道連線還是有一定的限制和要求的，其中一個比較關鍵的就是服務端必須按照與請求相同的順序回送HTTP響應。
這也就意味著，如果一個響應返回發生了延遲，那麼其後續的響應都會被延遲，直到隊頭的響應送達。這就是所謂的HTTP隊頭阻塞。
但是HTTP隊頭阻塞的問題在HTTP/2中得到了有效的解決。HTTP/2廢棄了管道化的方式，而是創新性的引入了幀、訊息和資料流等概念。客戶端和伺服器可以把 HTTP 訊息分解為互不依賴的幀，然後亂序傳送，最後再在另一端把它們重新組合起來。
因為沒有順序了，所以就不需要阻塞了，就有效的解決了HTTP對隊頭阻塞的問題。
但是，HTTP/2仍然會存在TCP隊頭阻塞的問題，那是因為HTTP/2其實還是依賴TCP協議實現的。
TCP傳輸過程中會把資料拆分為一個個按照順序排列的資料包，這些資料包通過網路傳輸到了接收端，接收端再按照順序將這些資料包組合成原始資料，這樣就完成了資料傳輸。
但是如果其中的某一個資料包沒有按照順序到達，接收端會一直保持連線等待資料包返回，這時候就會阻塞後續請求。這就發生了TCP隊頭阻塞。
HTTP/1.1的管道化持久連線也是使得同一個TCP連結可以被多個HTTP使用，但是HTTP/1.1中規定一個域名可以有6個TCP連線。而HTTP/2中，同一個域名只是用一個TCP連線。
所以，在HTTP/2中，TCP隊頭阻塞造成的影響會更大，因為HTTP/2的多路複用技術使得多個請求其實是基於同一個TCP連線的，那如果某一個請求造成了TCP隊頭阻塞，那麼多個請求都會受到影響。
TCP握手時長
一提到TCP協議，大家最先想到的一定是他的三次握手與四次關閉的特性。
因為TCP是一種可靠通訊協議，而這種可靠就是靠三次握手實現的，通過三次握手，TCP在傳輸過程中可以保證接收方收到的資料是完整，有序，無差錯的。
但是，問題是三次握手是需要消耗時間的，這裡插播一個關於網路延遲的概念。
網路延遲又稱為 RTT（Round Trip Time）。他是指一個請求從客戶端瀏覽器傳送一個請求資料包到伺服器，再從伺服器得到響應資料包的這段時間。RTT 是反映網路效能的一個重要指標。
我們知道，TCP三次握手的過程客戶端和伺服器之間需要互動三次，那麼也就是說需要消耗1.5 RTT。
另外，如果使用的是安全的HTTPS協議，就還需要使用TLS協議進行安全資料傳輸，這個過程又要消耗一個RTT（TLS不同版本的握手機制不同，這裡按照最小的消耗來算）
那麼也就是說，一個純HTTP/2的連線，需要消耗1.5個RTT，如果是一個HTTPS連線，就需要消耗3-4個RTT。
而具體消耗的時長根據伺服器和客戶端之間的距離則不盡相同，如果比較近的話，消耗在100ms以內，對於用來說可能沒什麼感知，但是如果一個RTT的耗時達到300-400ms，那麼，一次連線建立過程總耗時可能要達到一秒鐘左右，這時候，使用者就會明顯的感知到網頁載入很慢。
升級TCP是否可行？
基於上面我們提到的這些問題，很多人提出來說：既然TCP存在這些問題，並且我們也知道這些問題的存在，甚至解決方案也不難想到，為什麼不能對協議本身做一次升級，解決這些問題呢？
其實，這就涉及到一個"協議僵化"的問題。
這樣講，我們在網際網路上瀏覽資料的時候，資料的傳輸過程其實是極其複雜的。
我們知道的，想要在家裡使用網路有幾個前提，首先我們要通過執行商開通網路，並且需要使用路由器，而路由器就是網路傳輸過程中的一箇中間裝置。
中間裝置是指插入在資料終端和訊號轉換裝置之間，完成調製前或解調後某些附加功能的輔助裝置。例如集線器、交換機和無線接入點、路由器、安全解調器、通訊伺服器等都是中間裝置。
在我們看不到的地方，這種中間裝置還有很多很多，一個網路需要經過無數箇中間裝置的轉發才能到達終端使用者。
如果TCP協議需要升級，那麼意味著需要這些中間裝置都能支援新的特性，我們知道路由器我們可以重新換一個，但是其他的那些中間裝置呢？尤其是那些比較大型的裝置呢？更換起來的成本是巨大的。
而且，除了中間裝置之外，作業系統也是一個重要的因素，因為TCP協議需要通過作業系統核心來實現，而作業系統的更新也是非常滯後的。
所以，這種問題就被稱之為"中間裝置僵化"，也是導致"協議僵化"的重要原因。這也是限制著TCP協議更新的一個重要原因。
所以，近些年來，由IETF標準化的許多TCP新特性都因缺乏廣泛支援而沒有得到廣泛的部署或使用！
放棄TCP？
上面提到的這些問題的根本原因都是因為HTTP/2是基於TPC實現導致的，而TCP協議自身的升級又是很難實現的。
那麼，剩下的解決辦法就只有一條路，那就是放棄TCP協議。
放棄TCP的話，就又有兩個新的選擇，是使用其他已有的協議，還是重新創造一個協議呢？
看到這裡，聰明的讀者一定也想到了，創造新的協議一樣會受到中間裝置僵化的影響。近些年來，因為在網際網路上部署遭遇很大的困難，創造新型傳輸層協議的努力基本上都失敗了！
所以，想要升級新的HTTP協議，那麼就只剩一條路可以走了，那就是基於已有的協議做一些改造和支援，UDP就是一個絕佳的選擇了。
總結
因為HTTP/2底層是採用TCP協議實現的，雖然解決了HTTP隊頭阻塞的問題，但是對於TCP隊頭阻塞的問題卻無能為力。
TCP傳輸過程中會把資料拆分為一個個按照順序排列的資料包，這些資料包通過網路傳輸到了接收端，接收端再按照順序將這些資料包組合成原始資料，這樣就完成了資料傳輸。
但是如果其中的某一個資料包沒有按照順序到達，接收端會一直保持連線等待資料包返回，這時候就會阻塞後續請求。這就發生了TCP隊頭阻塞。
另外，TCP這種可靠傳輸是靠三次握手實現的，TCP三次握手的過程客戶端和伺服器之間需要互動三次，那麼也就是說需要消耗1.5 RTT。如果是HTTPS那麼消耗的RTT就更多。
而因為很多中間裝置比較陳舊，更新換代成本巨大，這就導致TCP協議升級或者採用新的協議基本無法實現。
所以，HTTP/3選擇了一種新的技術方案，那就是基於UDP做改造，這種技術叫做QUIC。
那麼問題來了，HTTP/3是如何使用的UDP呢？做了哪些改造？如何保證連線的可靠性？UDP協議就沒有僵化的問題了嗎？
這些問題我們在下一篇中深入分析。敬請期待！
參考資料：
https://http3-explained.haxx.se/
https://baike.baidu.com/item/中間裝置/3688874
https://time.geekbang.org/column/article/150159