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HTTP/2 服务器推送(Server Push)

2018-04-05 20:35 阮一峰

HTTP/2 协议的主要目的是提高网页性能。

头信息(header)原来是直接传输文本,现在是压缩后传输。原来是同一个 TCP 连接里面,上一个回应(response)发送完了,服务器才能发送下一个,现在可以多个回应一起发送。

服务器推送(server push)是 HTTP/2 协议里面,唯一一个需要开发者自己配置的功能。其他功能都是服务器和浏览器自动实现,不需要开发者关心。

本文详细介绍服务器推送的原理和配置方法。

一、传统的网页请求方式

下面是一个非常简单的 HTML 网页文件index.html。

<!DOCTYPE html>
<html>
<head>
 <link rel="stylesheet" href="style.css">
</head>
<body>
 <h1>hello world</h1>
 <img src="example.png">
</body>
</html>

这个网页包含一张样式表style.css和一个图片文件example.png。为了渲染这个网页,浏览器会发出三个请求。第一个请求是index.html。

GET /index.html HTTP/1.1

服务器收到这个请求,就把index.html发送给浏览器。浏览器发现里面包含了样式表和图片,于是再发出两个请求。

GET /style.css HTTP/1.1

GET /example.png HTTP/1.1

这就是传统的网页请求方式。它有两个问题,一是至少需要两轮 HTTP 通信,二是收到样式文件之前,网页都会显示一片空白,这个阶段一旦超过2秒,用户体验就会非常不好。
二、传统方式的改进

一种解决办法就是把外部资源合并在网页文件里面,减少 HTTP 请求。比如,把样式表的内容写在style标签之中,把图片改成 Base64 编码的 Data URL。

另一种方法就是资源的预加载(preload)。网页预先告诉浏览器,立即下载某些资源。比如,上例可以写成下面这样。

<link rel="preload" href="/styles.css" as="style">
<link rel="preload" href="/example.png" as="image">

对于上例来说,preload命令并没有什么帮助。但是,如果前一个网页就使用这个命令,预加载后一个网页需要的资源,那么用户打开后一个网页时,就会感觉速度飞快。

这两种方法都有缺点。第一种方法虽然减少了 HTTP 请求,但是把不同类型的代码合并在一个文件里,违反了分工原则。第二种方法只是提前了下载时间,并没有减少 HTTP 请求。
三、服务器推送的概念

服务器推送(server push)指的是,还没有收到浏览器的请求,服务器就把各种资源推送给浏览器。

比如,浏览器只请求了index.html,但是服务器把index.html、style.css、example.png全部发送给浏览器。这样的话,只需要一轮 HTTP 通信,浏览器就得到了全部资源,提高了性能。
四、Nginx 实现

Nginx 从 1.13.9 版开始,支持服务器推送。前一篇教程已经做好了 Nginx 容器,接着就来体验一下。

首先,进入工作目录,把原来的首页删除。

$ cd nginx-docker-demo
$ rm html/index.html

然后,新建html/index.html文件,写入本文第一节的网页源码。

另外,html子目录下面,还要新建两个文件example.png和style.css。前者可以随便找一张 PNG 图片,后者要在里面写一些样式。

h1 {
 color: red;
}

最后,打开配置文件conf/conf.d/default.conf,将 443 端口的部分改成下面的样子。

server {
   listen 443 ssl http2;
   server_name  localhost;
   ssl                      on;
   ssl_certificate          /etc/nginx/certs/example.crt;
   ssl_certificate_key      /etc/nginx/certs/example.key;
   ssl_session_timeout  5m;
   ssl_ciphers HIGH:!aNULL:!MD5;
   ssl_protocols SSLv3 TLSv1 TLSv1.1 TLSv1.2;
   ssl_prefer_server_ciphers   on;
   location / {
     root   /usr/share/nginx/html;
     index  index.html index.htm;
     http2_push /style.css;
     http2_push /example.png;
   }
}

其实就是最后多了两行http2_push命令。它的意思是,如果用户请求根路径/,就推送style.css和example.png。

现在可以启动容器了。

$ docker container run \
 --rm \
 --name mynginx \
 --volume "$PWD/html":/usr/share/nginx/html \
 --volume "$PWD/conf":/etc/nginx \
 -p 127.0.0.2:8080:80 \
 -p 127.0.0.2:8081:443 \
 -d \
 nginx

打开浏览器,访问 https://127.0.0.2:8081 。浏览器会提示证书不安全,不去管它,继续访问,就能看到网页了。

网页上看不出来服务器推送,必须打开"开发者工具",切换到 Network 面板,就可以看到其实只发出了一次请求,style.css和example.png都是推送过来的。

查看完毕,关闭容器。

$ docker container stop mynginx

五、Apache 实现实现

Apache 也类似,可以在配置文件httpd.conf或者.htaccess里面打开服务器推送。

<FilesMatch "\index.html$">
   Header add Link "</styles.css>; rel=preload; as=style"
   Header add Link "</example.png>; rel=preload; as=image"
</FilesMatch>

六、后端实现

上面的服务器推送,需要写在服务器的配置文件里面。这显然很不方便,每次修改都要重启服务,而且应用与服务器的配置不应该混在一起。

服务器推送还有另一个实现方法,就是后端应用产生 HTTP 回应的头信息Link命令。服务器发现有这个头信息,就会进行服务器推送。

Link: </styles.css>; rel=preload; as=style

如果要推送多个资源,就写成下面这样。

Link: </styles.css>; rel=preload; as=style, </example.png>; rel=preload; as=image

可以参考 Go、Node、PHP 的实现范例。

这时,Nginx 的配置改成下面这样。

server {
   listen 443 ssl http2;
   # ...
   root /var/www/html;
   location = / {
       proxy_pass http://upstream;
       http2_push_preload on;
   }
}

如果服务器或者浏览器不支持 HTTP/2,那么浏览器就会按照 preload 来处理这个头信息,预加载指定的资源文件。

事实上,这个头信息就是 preload 标准提出的,它的语法和as属性的值都写在了标准里面。
七、缓存问题

服务器推送有一个很麻烦的问题。所要推送的资源文件,如果浏览器已经有缓存,推送就是浪费带宽。即使推送的文件版本更新,浏览器也会优先使用本地缓存。

一种解决办法是,只对第一次访问的用户开启服务器推送。下面是 Nginx 官方给出的示例,根据 Cookie 判断是否为第一次访问。

server {
   listen 443 ssl http2 default_server;
   ssl_certificate ssl/certificate.pem;
   ssl_certificate_key ssl/key.pem;
   root /var/www/html;
   http2_push_preload on;
   location = /demo.html {
       add_header Set-Cookie "session=1";
       add_header Link $resources;
   }
}
map $http_cookie $resources {
   "~*session=1" "";
   default "</style.css>; as=style; rel=preload";
}

八、性能提升

服务器推送可以提高性能。网上测评的结果是,打开这项功能,比不打开时的 HTTP/2 快了8%,比将资源都嵌入网页的 HTTP/1 快了5%。

可以看到,提升程度也不是特别多,大概是几百毫秒。而且,也不建议一次推送太多资源,这样反而会拖累性能,因为浏览器不得不处理所有推送过来的资源。只推送 CSS 样式表可能是一个比较好的选择。
九、参考链接

A Comprehensive Guide To HTTP/2 Server Push,by Jeremy Wagner
Introducing HTTP/2 Server Push with NGINX 1.13.9, by Nginx

(完)


 
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