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[分享] 深入研究:HTTP2 的真正性能到底如何

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发表于 2016-12-4 12:13:25 | 显示全部楼层 |阅读模式
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一、研究目的
HTTP2的概念提出已经有相当长一段时间了,而网上关于关于http2的文章也一搜一大把。但是从搜索的结果来看,现有的文章多是偏向于对http2的介绍,鲜有真正从数据上具体分析的。这篇文章正是出于填补这块空缺内容的目的,通过一系列的实验以及数据分析,对http2的性能进行深入研究。当然,由于本人技术有限,实验所使用的方法肯定会有不足之处,如果各位看官有发现问题,还请向我提出,我一定会努力修改完善实验的方法的!
二、基础知识
关于HTTP2的基础知识,可以参考下列几篇文章,在这里就不进行赘述了。
通过学习相关资料,我们已经对HTTP2有了一个大致的认识,接下来将通过设计一个模型,对HTTP2的性能进行实验测试。
三、实验设计
设置实验组:搭建一个HTTP2(SPDY)服务器,能够以HTTP2的方式响应请求。同时,响应的内容大小,响应的延迟时间均可自定义。
设置对照组:搭建一个HTTP1.x服务器,以HTTP1.x的方式响应请求,其可自定义内容同实验组。另外为了减少误差,HTTP1.x服务器使用https协议。
测试过程:客户端通过设置响应的内容大小、请求资源的数量、延迟时间、上下行带宽等参数,分别对实验组服务器和对照组服务器发起请求,统计响应完成所需时间。
由于nginx切换成http2需要升级nginx版本以及取得https证书,且在服务器端的多种自定义设置所涉及的操作环节相对复杂,综合考虑之下放弃使用nginx作为实验用服务器的方案,而是采用了NodeJS方案。在实验的初始阶段,使用了原生的NodeJS搭配node-http2模块进行服务器搭建,后来改为了使用express框架搭配node-spdy模块搭建。原因是,原生NodeJS对于复杂请求的处理非常复杂,express框架对请求、响应等已经做了一系列的优化,可以有效减少人为的误差。另外node-http2模块无法与express框架兼容,同时它的性能较之node-spdy模块也更低(General performance, node-spdy vs node-http2 #98),而node-spdy模块的功能与node-http2模块基本一致。
1、服务器搭建
实验组和对照组的服务器逻辑完全一致,关键代码如下:
app.get('/option/?', (req, res) => {    allow(res)    let size = req.query['size']    let delay = req.query['delay']    let buf = new Buffer(size * 1024 * 1024)    setTimeout(() => {        res.send(buf.toString('utf8'))    }, delay)})
其逻辑是,根据从客户端传入的参数,动态设置响应资源的大小和延迟时间。
2、客户端搭建
客户端可动态设置请求的次数、资源的数目、资源的大小和服务器延迟时间。同时搭配Chrome的开发者工具,可以人为模拟不同网络环境。在资源请求响应结束后,会自动计算总耗时时间。关键代码如下:
for (let i = 0; i < reqNum; i++) {    $.get(url, function (data) {        imageLoadTime(output, pageStart)    })}
客户端通过循环对资源进行多次请求,其数量可设置。每一次循环都会通过imageLoadTime更新时间,以实现时间统计的功能。
3、实验项目a. http2性能研究
通过研究章节二的文章内容,可以把http2的性能影响因素归结于“延迟”和“请求数目”。本实验增加了“资源体积”和“网络环境”作为影响因素,下面将会针对这四项进行详细的测试实验。其中每一次实验都会重复10次,取平均值后作记录。
b. 服务端推送研究
http2还有一项非常特别的功能——服务端推送。服务端推送允许服务器主动向客户端推送资源。本实验也会针对这个功能展开研究,主要研究服务端推送的使用方法及其对性能的影响。
四、HTTP2 性能数据统计1、延迟因素对性能的影响条件/实验次数12345
延迟时间(ms)010203040
资源数目(个)100100100100100
资源大小(MB)0.10.10.10.10.1
统计时间(s)http1.x0.380.510.620.780.94
统计时间(s)http20.480.510.490.480.50
2、请求数目对性能的影响
通过上一个实验,可以知道在延迟为10ms的时候,http1.x和http2的时间统计相近,故本次实验延迟时间设置为10ms。
条件/实验次数12345
延迟时间(ms)1010101010
资源数目(个)6301507503750
资源大小(MB)0.10.10.10.10.1
统计时间(s)http1.x0.040.160.633.0320.72
统计时间(s)http20.040.160.713.2819.34
增加延迟时间,重复实验:
条件/实验次数678910
延迟时间(ms)3030303030
资源数目(个)6301507503750
资源大小(MB)0.10.10.10.10.1
统计时间(s)http1.x0.070.241.325.6328.82
统计时间(s)http20.070.170.783.8118.78
3、资源体积对性能的影响
通过上两个实验,可以知道在延迟为10ms,资源数目为30个的时候,http1.x和http2的时间统计相近,故本次实验延迟时间设置为10ms,资源数目30个。
条件/实验次数12345
延迟时间(ms)1010101010
资源数目(个)3030303030
资源大小(MB)0.20.40.60.81.0
统计时间(s)http1.x0.210.370.590.680.68
统计时间(s)http20.250.450.610.830.73条件/实验次数678910
延迟时间(ms)1010101010
资源数目(个)3030303030
资源大小(MB)1.21.41.61.82.0
统计时间(s)http1.x0.780.941.021.071.13
统计时间(s)http20.920.861.081.261.33
4、网络环境对性能的影响
通过上两个实验,可以知道在延迟为10ms,资源数目为30个的时候,http1.x和http2的时间统计相近,故本次实验延迟时间设置为10ms,资源数目30个。
条件/网络条件Regular 2GGood 2GRegular 3GGood 3GRegular 4GWifi
延迟时间(ms)101010101010
资源数目(个)303030303030
资源大小(MB)0.10.10.10.10.10.1
统计时间(s)http1.x222.66116.6467.3732.8211.890.87
统计时间(s)http2138.0671.0240.7720.827.700.94
五、HTTP2 服务端推送实验
本实验主要针对网络环境对服务端推送速度的影响进行研究。在本实验中,所请求/推送的资源都是一个体积为290Kb的JS文件。每一个网络环境下都会重复十次实验,取平均值后填入表格。
条件/网络条件Regular 2GGood 2GRegular 3GGood 3GRegular 4GWifi
客户端请求总耗时(s)9.595.303.211.570.630.12
服务端推送总耗时(s)18.8310.466.313.091.190.20
资源加载速度-客户端请求(s)9.245.133.081.500.560.08
资源加载速度-服务端推送(s)9.285.163.091.510.570.08条件/网络条件No Throttling
客户端请求总耗时(ms)56
服务端推送总耗时(ms)18
资源加载速度-客户端请求(s)15.03
资源加载速度-服务端推送(s)2.80
从上述表格可以发现一个非常奇怪的现象,在开启了网络节流以后(包括Wifi选项),服务端推送的速度都远远比不上普通的客户端请求,但是在关闭了网络节流后,服务端推送的速度优势非常明显。在网络节流的Wifi选项中,下载速度为30M/s,上传速度为15M/s。而测试所用网络的实际下载速度却只有542K/s,上传速度只有142K/s,远远达不到网络节流Wifi选项的速度。为了分析这个原因,我们需要理解“服务端推送”的原理,以及推送过来的资源的存放位置在哪里。
普通的客户端请求过程如下图:
服务端推送的过程如下图:
从上述原理图可以知道,服务端推送能把客户端所需要的资源伴随着index.html一起发送到客户端,省去了客户端重复请求的步骤。正因为没有发起请求,建立连接等操作,所以静态资源通过服务端推送的方式可以极大地提升速度。但是这里又有一个问题,这些被推送的资源又是存放在哪里呢?参考了这篇文章Issue 5: HTTP/2 Push以后,终于找到了原因。我们可以把服务端推送过程的原理图深入一下:
服务端推送过来的资源,会统一放在一个网络与http缓存之间的一个地方,在这里可以理解为“本地”。当客户端把index.html解析完以后,会向本地请求这个资源。由于资源已经本地化,所以这个请求的速度非常快,这也是服务端推送性能优势的体现之一。当然,这个已经本地化的资源会返回200状态码,而非类似localStorage的304或者200 (from cache)状态码。Chrome的网络节流工具,会在任何“网络请求”之间加入节流,由于服务端推送活来的静态资源也是返回200状态码,所以Chrome会把它当作网络请求来处理,于是导致了上述实验所看到的问题。
六、研究结论
通过上述一系列的实验,我们可以知道http2的性能优势集中体现在“多路复用”和“服务端推送”上。对于请求数目较少(约小于30个)的情况下,http1.x和http2的性能差异不大,在请求数目较多且延迟大于30ms的情况下,才能体现http2的性能优势。对于网络状况较差的环境,http2的性能也高于http1.x。与此同时,如果把静态资源都通过服务端推送的方式来处理,加载速度会得到更加巨大的提升。
在实际的应用中,由于http2多路复用的优势,前端应用团队无须采取把多个文件合并成一个,生成雪碧图之类的方法减少网络请求。除此之外,http2对于前端开发的影响并不大。
服务端升级http2,如果是使用NodeJS方案,只需要把node-http模块升级为node-spdy模块,并加入证书即可。nginx方案的话可以参考这篇文章:Open Source NGINX 1.9.5 Released with HTTP/2 Support
若要使用服务端推送,则在服务端需要对响应的逻辑进行扩展,这个需要视情况具体分析实施。
七、后记
纸上得来终觉浅,绝知此事要躬行。如果不是真正的设计实验、进行实验,我可能根本不会知道原来http2也有坑,原来使用Chrome做调试的时候也有需要注意的地方。
希望这篇文章能够对研究http2的同学有些许帮助吧,如文章开头所说,如果你发现我的实验设计有任何问题,或者你想到了更好的实验方式,也欢迎向我提出,我一定会认真研读你的建议的!

作者:jrainlau
原文:https://segmentfault.com/a/1190000007219256

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