HTTP/2之服务器推送(Server Push)最佳实践

HTTP/1.X出色地满足互联网的普遍访问需求,但随着互联网的不断发展,其性能越来越成为瓶颈。IETF在2015年发布了HTTP/2标准, 着重于提高HTTP的访问体验, HTTP2优势主要包括: 二进制传输、头部压缩、多路复用和服务器推送(Server Push)。 截止目前, 大部分CDN厂商已经宣布支持HTTP/2,然而”支持”大多省略了服务器推送(ServerPush)特性。估计这和nginx开源版本没有支持Server Push相关。为提供完备的HTTP2能力,腾讯CDN现已完成HTTP/2的Server Push支持,并完成了详细的性能测试。

序言

在介绍Server Push功能之前,先来分析网站的加载过程。图1是腾讯课堂(https://ke.qq.com/index.html)的时间瀑布图。

a) 首先浏览器请求主页面index.html,服务端响应内容;

b) 获取到主页应答,浏览器开始解析主页的html标签,发现构建DOM树还需要CSS, GIF, JS等资源;

c) 发起针对CSS,GIF,JS的内容请求;

d) 获取并解析JS和CSS等内容, 然后继续请求依赖资源。

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图1 腾讯课堂域名的时间瀑布图

图2是简化的浏览器和服务器的交互过程,横轴代表时间轴,每个虚线区间是1个RTT。红色竖线表示DOM 加载完成的时间。从图中可知,虽然存在并发传输, 但主页index.html和依赖的资源common.css、0684a8bf.css、comb.nowrap.0b772fee.js等总体上是顺序的,等待资源响应的时间减慢了主页面加载速度。并发传输并不能提高串行解析的资源访问体验。

如果服务端接收到客户端主请求,能够“预测”主请求的依赖资源,在响应主请求的同时,主动并发推送依赖资源至客户端。客户端解析主请求响应后,可以”无延时”从本地缓存获取依赖资源, 减少访问延时, 提高访问体验,也加大了链路的并发能力。Server Push正是基于此原理来提高网络体验。

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图3说明了若采用服务端推送的功能,则JS/CSS资源基本可以和HTML资源同步到达,浏览器可以“无延时”获取JS/CSS资源,客户端的延时最多可以减少一个RTT。

构建一个简单的例子来验证我们的说法。图4所示为simple_push.html代码,页面依赖资源simple_push.js和simple_nopush.js, 页面大小均不超过1KB,主要时间消耗在传输延时。如图5所示为推送simple_push.js和不推送simple_nopush.js的效果对比。

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图4 推送测试HTML代码

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图5 不推送&推送的效果对比

我们上线了一个测试demo网站(https://http1.gtimg.cn/push/mypush.html)。网页上展示一张世界地图,由400个小图片组成。对比三种访问方式:HTTP/1.1、HTTP/2(无Server Push)和 HTTP/2(Server Push)。Server Push选择推送第150~179个共30个小图。访问性能数据对比如图6所示:可以发现预推送比无推送有一定的性能提升(受网络延时和客户端行为影响,结果存在波动,后文有相应分析)。

图6 demo网站测试

简要介绍了Server Push的优化原理之后,伴随而来的疑问,推送什么资源,怎么去推送,以及比其他优化技术有什么优势?读完本章,这些问题将一一得到解答,文章最后用实例展示Server Push的应用场景和性能优化效果。

推送实现

1、标识依赖资源

W3C候选推荐标准(https://www.w3.org/TR/preload/)建议了依赖资源的两种做法:文件内标签和HTTP头部携带, 表示该资源后续会被使用, 可以预请求, 关键字preload修饰这个资源, 写法如下:

a) 静态Link标签法:

b) HTTP头表示法:

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

其中rel表明了资源</push.css>是预加载的,as表明了资源的文件类型。另外,link还可以用nopush修饰,表示浏览器可能已经有该资源缓存,指示有推送能力的服务端不主动推送资源,只有当浏览器先检查到没有缓存,才去指示服务端推送资源,nopush格式写成:

Link: ; rel=preload; as=script;nopush。

2、推送资源

用户访问CDN,主要包括直接访问的边缘节点, 若干中间节点和客户源站,路径中的每层都可以对请求做分析,预测可能的依赖资源,通过插入静态标签或者增加响应头部返回给浏览器。 CDN的推送主要采用头部携带推送信息。

a) 客户端指定推送资源

客户端通过url或者请求头说明需要的资源url,写法如下:

Url:?req-push=simple_push.js

或者:

GET /simple_push.html HTTP/1.1

Host: http2push.gtimg.com

User-Agent: curl/7.49.1

Accept: /

X-Push-Url: simple_push.js

b) CDN节点指定推送资源

CDN节点针对请求资源配置推送资源, 基础配置如下:

location ~ “/simple_push.html$” {

http2_server_push_url /simple_push.js

}

c) 源站指定推送资源

通过增加响应头link通知客户端或者CDN节点,后续希望推送的依赖资源,中间具有 推送功能的节点(如CDN节点)可以基于此信息进行资源请求与推送.

3、功能实现

图7所示为CDN的Server Push架构, 基本流程如下:

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