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HTTP/2：单连接上的多路复用 ​

更新时间：2026-09-17。网络协议域·应用层。它保留了 HTTP/1.1 的方法/状态码/头部语义，只换传输分帧；前因见 HTTP/1.1，遗留的 TCP 层队头阻塞由 HTTP/3/QUIC 解决。

HTTP/2（RFC 7540/9113）在不改变 HTTP 语义的前提下引入二进制分帧层（binary framing layer），让多个请求-响应在同一条 TCP 连接上并发交错传输，从根本上解决了 1.1 的应用层队头阻塞。

一、二进制分帧：连接—流—消息—帧 ​

层级关系：

bash
TCP 连接
 └─ 多个 stream（流，一条双向虚拟通道，对应一个请求/响应）
      └─ message（消息：一组帧组成的请求或响应）
           └─ frame（帧：最小传输单位，二进制，带 stream id）
  • 所有帧共用一条 TCP 连接，帧头带 stream id 标识归属。
  • 不同流的帧可以交错发送、到达后按 id 重组——这就是多路复用（multiplexing）。
  • 二进制（长度前缀）而非文本，解析更快、更不易二义。

二、多路复用：告别多连接 ​

bash
HTTP/1.1：请求/响应串行（或开 6 条 TCP）
HTTP/2：  一条连接，stream 1/3/5(客户端发起为奇数) 的帧交错
          ┌ stream1 DATA ┐┌ stream3 DATA ┐┌ stream1 DATA ┐
          对端按 stream id 分别还原，互不等待

好处：

  • 单连接即可并发，无需域名分片、无多次握手，移动高 RTT 网络尤其省。
  • 减少服务器连接数、TCP 与 TLS 握手和拥塞窗口预热成本（一个连接的 cwnd 充分增大后吞吐更高）。
  • 请求不会因为队头响应慢而在应用层排队。

三、但 TCP 层队头阻塞仍在 ​

HTTP/2 消除的是 HTTP 层队头阻塞，可所有流复用的是一条 TCP 连接：一旦某个 TCP 段丢失，整条连接在重传补齐前无法向上交付字节，于是所有 stream 一起等——这是 TCP 层队头阻塞。

  • 低丢包网络（数据中心、有线）HTTP/2 通常明显更快。
  • 高丢包/高 RTT（弱网）多流共用一条 TCP，可能因一次丢包卡住全部，极端情况下不如 1.1 多连接（不同连接互不影响）。
  • 根治需要传输层支持"流独立"，这正是 QUIC 在 UDP 上为每条流单独保证可靠交付的原因，见 HTTP/3。

四、HPACK 头部压缩 ​

HTTP/1.1 头部纯文本、每次重复发送 cookie/UA 等大量相同字段。HTTP/2 用 HPACK：

  • 静态表（常见头如 :method GET）、动态表（本次连接出现过的头）、霍夫曼编码。
  • 客户端和服务端维护同一张索引表，之后只发"索引编号 + 变化值"，大幅减小请求头。
  • 也因此历史上有过 HPACK 压缩比被用于破解 cookie 的一类攻击（CRIME 同源思路），实现需谨慎。

五、流优先级、流控、服务器推送 ​

  • 流优先级/依赖：客户端可表达哪个资源更重要（先传 CSS/关键数据），服务端据此调度（实际部署中优先级支持被弱化）。
  • 流控：基于信用的窗口机制，在流和连接两级限制未被读取的数据，避免一个快流淹没慢消费者。
  • 服务器推送 Server Push：服务端可主动推客户端将要请求的资源（CSS/JS）。实践中收益不稳、易过度推送、与缓存协同复杂，Chrome 已移除、规范也已弃用，现多用 <link rel=preload> 等替代。
HTTP/2：二进制分帧 + 多路复用，但 TCP HOL 仍在

六、协商与兼容 ​

  • 浏览器中的 HTTP/2 实际几乎都跑在 TLS 上，通过 TLS 扩展 ALPN（协商 h2，否则回退 http/1.1）。
  • 也有明文 h2c（Upgrade 或先验知识），主要用于服务间/代理内部。
  • 方法、状态码、URL、Content-Type 等语义与 1.1 完全一致，应用改动小；但头部必须小写、使用伪头 :method/:path/:scheme/:authority。

七、工程注意 ​

  • 不要再做"域名分片/spriting 拼大图/合并文件为减少连接"等为 1.1 设计的优化——在 2/3 上可能适得其反（拆成更多流反而利于优先级调度和缓存）。
  • 启用 HTTP/2 后关注丢包率与 RTT；弱网场景评估 HTTP/3。
  • 反代/网关（Nginx、Envoy、CDN）需开启 HTTP/2 并确认 ALPN 配置；h2 与 h1 在入口常由代理终结后转发。
  • 应用层消息边界仍由 HTTP 帧/长度解决，这比裸 TCP 方便（对比粘包问题）。

相关阅读 ​

前因 HTTP/1.1，遗留 HOL 的解法 HTTP/3 与 QUIC，方法语义见幂等，TLS 协商见 TLS 握手。

总结 ​

HTTP/2 用二进制分帧把请求-响应拆成带 stream id 的帧，在一条 TCP 连接上多路复用，配合 HPACK 头部压缩、优先级和流控解决了 HTTP/1.1 的应用层队头阻塞与多连接开销；但所有流共享 TCP，丢包仍会阻塞全部（TCP 层 HOL），语义与 1.1 兼容、靠 TLS ALPN 协商，服务器推送已被实践弃用。