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HTTP2 Server Push的研究

1，HTTP2的新特性。

关于HTTP2的新特性，读着可以参看我之前的文章，这里就不在多说了，本篇文章主要讲一下server push这个特性。

HTTP,HTTP2.0,SPDY,HTTPS你应该知道的一些事

2，Server Push是什么。

简单来讲就是当用户的浏览器和服务器在建立链接后，服务器主动将一些资源推送给浏览器并缓存起来，这样当浏览器接下来请求这些资源时就直接从缓存中读取，不会在从服务器上拉了，提升了速率。举一个例子就是：

假如一个页面有3个资源文件 index.html , index.css , index.js ,当浏览器请求index.html的时候，服务器不仅返回index.html的内容，同时将index.css和index.js的内容push给浏览器，当浏览器下次请求这2两个文件时就可以直接从缓存中读取了。

3，Server Push原理是什么。

要想了解server push原理，首先要理解一些概念。我们知道HTTP2传输的格式并不像HTTP1使用文本来传输，而是启用了二进制帧(Frames)格式来传输，和server push相关的帧主要分成这几种类型：

HEADERS frame(请求返回头帧):这种帧主要携带的http请求头信息，和HTTP1的header类似。
DATA frames(数据帧) :这种帧存放真正的数据content，用来传输。
PUSH_PROMISE frame(推送帧):这种帧是由server端发送给client的帧，用来表示server push的帧，这种帧是实现server push的主要帧类型。
RST_STREAM(取消推送帧):这种帧表示请求关闭帧，简单讲就是当client不想接受某些资源或者接受timeout时会向发送方发送此帧，和PUSH_PROMISE frame一起使用时表示拒绝或者关闭server push。

Note:HTTP2.0相关的帧其实包括 10种帧，正是因为底层数据格式的改变，才为HTTP2.0带来许多的特性，帧的引入不仅有利于压缩数据，也有利于数据的安全性和可靠传输性。

了解了相关的帧类型，下面就是具体server push的实现过程了：

由多路复用我们可以知道HTTP2中对于同一个域名的请求会使用一条tcp链接而用不同的stream ID来区分各自的请求。
当client使用stream 1请求index.html时，server正常处理index.html的请求，并可以得知index.html页面还将要会请求index.css和index.js。
server使用stream 1发送PUSH_PROMISE frame给client告诉client我这边可以使用stream 2来推送index.js和stream 3来推送index.css资源。
server使用stream 1正常的发送HEADERS frame和DATA frames将index.html的内容返回给client。
client接收到PUSH_PROMISE frame得知stream 2和stream 3来接收推送资源。
server拿到index.css和index.js便会发送HEADERS frame和DATA frames将资源发送给client。
client拿到push的资源后会缓存起来当请求这个资源时会从直接从从缓存中读取。

下图表示了整个流程：

HTTP2 Server Push的研究

4，Server Push怎么用。

既然server push这么神奇，那么我们如何使用呢？怎么设置服务器push哪些文件呢？

首先并不是所有的服务器都支持server push，nginx目前还不支持这个特性，可以在nginx的官方博客上得到证实 https://www.nginx.com/blog/http2-r7/ ，但是Apache和nodejs都已经支持了server push这一个特性，需要说明一点的是server push这个特性是基于浏览器和服务器的，所以浏览器并没有提供相应的js api来让用户直接操作和控制push的内容，所以只能是通过header信息和server的配置来实现具体的push内容，本文主要以nodejs来说明具体如何使用server push这一特性。

准备工作：下载 nodejs http2 支持，本地启动nodejs服务。

1. 首先我们使用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);    //这里设置自己的文件名称;
 
    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');
});

这几行代码就是简单搭建一个nodejs http2服务，打开chrome，我们可以看到所有请求都走了http2，同时也可以验证多路复用的特性。

HTTP2 Server Push的研究

这里需要注意几点：

创建http2的nodejs服务必须时基于https的，因为现在主流的浏览器都要支持SSL/TLS的http2，证书和私钥可以自己通过 OPENSSL 生成。
node http2的相关api和正常的node httpserver相同，可以直接使用。

2. 设置我们的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'));

我们设置了bootstrap.min.css来通过server push到我们的浏览器,我们可以在浏览器中查看：

HTTP2 Server Push的研究

可以看到，启动server push的资源timelime非常快，大大加速了css的获取时间。

这里需要注意下面几点：

我们调用response.push(),就是相当于server发起了PUSH_PROMISE frame来告知浏览器bootstrap.min.css将会由server push来获取。
response.push()返回的对象时一个正常的ServerResponse,end(),writeHeader()等方法都可以正常调用。
这里一旦针对某个资源调用response.push()即发起PUSH_PROMISE frame后，要做好容错机制，因为浏览器在下次请求这个资源时会且只会等待这个server push回来的资源，这里要做好超时和容错即下面的代码：

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');
});

上面的代码你可能会发现许多和正常nodejs的httpserver不一样的东西，那就是stream，其实整个http2都是以stream为单位，这里的stream其实可以理解成一个请求，更多的api可以参考： node-http2 。

最后给大家推荐一个老外写的专门服务http2的node server有兴趣的可以尝试一下。 https://gitlab.com/sebdeckers/http2server

5，Server Push相关问题。

我们知道现在我们web的资源一般都是放在CDN上的，那么CDN的优势和server push的优势有何区别呢，到底是哪个比较快呢？这个问题笔者也一直在研究，本文的相关demo都只能算做一个演示，具体的线上实践还在进行中。
由于HTTP2的一些新特性例如多路复用，server push等等都是基于同一个域名的，所以这可能会对我们之前对于HTTP1的一些优化措施例如(资源拆分域名，合并等等)不一定适用。
server push不仅可以用作拉取静态资源，我们的cgi请求即ajax请求同样可以使用server push来发送数据。
最完美的结果是CDN域名支持HTTP2,web server域名也同时支持HTTP2。

参考资料：