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聊聊 HTTP 性能优化

哈喽大家好，我是咸鱼。

作为用户的我们在 “上网冲浪” 的时候总是希望快一点，尤其是抢演唱会门票的时候，但是现实并非如此，有时候我们会遇到页面加载缓慢、响应延迟的情况。

而 HTTP 协议作为互联网世界的基础，从网站打开速度到移动应用的响应时间，HTTP 性能的优化直接关系到我们在网络世界的舒适体验程度。

更快的响应时间和速度能够提供更好的用户体验，不但如此，还可以降低服务器和网络带宽的使用，从而节省相关的成本。

那么今天我们就来聊聊 HTTP 性能如何进行优化。

数据压缩

随着互联网的发展，网路上传输的数据越来越大，随随便便一个文件几个 G 甚至上百 G，就算你是百兆、千兆带宽也扛不住。

如何能够在有限的带宽里传输更多的数据，常见的解决方式是数据压缩。

如果压缩率能有 50%，例如 100K 的数据能够压缩成 50K 的大小，那么就相当于在带宽不变的情况下网速提升了一倍，加速的效果是非常明显的。

使用常见的压缩算法（如 gzip 和 br ）对数据进行压缩，不但如此，我们可以对 HTTP 中传输的各种数据进行针对性地压缩，做到【对症下药】。

  • HTML/CSS/JS

对于这类纯文本格式数据，我们在进行压缩时通常会去除其中多余的空格、换行和注释等元素。尽管压缩后的文本可能看起来比较混乱，对人类可读性较差，但这对计算机并不影响流畅阅读。

  • JPG/JPEG/PNG

对于这类图片格式数据，虽然它本身已经被压缩过了，不能被 gzip、br 处理，但仍然有优化的空间。

例如，可以考虑去除图片中的拍摄时间、地点、机型等元数据，适度降低分辨率和缩小尺寸。

此外，尽量采用高压缩率的格式，有损格式可以选择 JPEG，而无损格式则可以考虑使用 webp 格式。

  • 小数据

对于较小的数据，HTTP 中有一种被称为 “资源合并”（Concatenation）的优化方式，即将多个小资源合并成一个大资源，通过单个请求下载到客户端，随后由客户端使用 JavaScript、CSS 等进行拆分使用。

这种方式虽然减少了请求的次数，但是处理起来比较麻烦。

需要注意的是，在数据压缩的时候应当注意选择适当的压缩率，不要追求最高压缩比，否则会耗费服务器的计算资源，增加响应时间，反而会“得不偿失”。

上面讲的都是针对 HTTP 报文里的 body 的压缩方式，对于 header 的压缩在 HTTP/1 里是没有的（HTTP/2 才有）。

不过我们可以采取一些手段来减少 header 的大小，不必要的字段就尽量不发（例如 User-Agent、Server、X-Powered-By）

使用缓存

数据 “千里迢迢” 从服务端到客户端，我们可以把这些 “来之不易” 的数据【暂时保存】起来，以便在下次请求时直接复用，从而避免多次请求带来的高昂成本。

比如说网站上访问量最高的网页、热点新闻，尤其是【读多写少】的数据，把它们缓存下来能够把巨大的流量挡在外面，减轻服务器的压力，对性能的改善是非常显著的。

HTTP 传输的每一个环节基本上都会有缓存，不过大致可以分成：

  • 浏览器端缓存

  • 服务端缓存

  • 中间传输缓存

在浏览器端，通过与服务端协商相关的缓存策略，将一些资源缓存到本地，以便在下次访问时进行复用。

常见的缓存策略包括 HTTP 头中的 Cache-Control、Expires 以及 ETag 等，通过这些标识，浏览器可以判断是否需要从服务端重新获取资源，或者直接使用本地缓存。

在服务端，可以借助专门的缓存中间件，如 Memcache 或 Redis，将计算得到的中间结果和资源存储在内存或硬盘中。

这样，Web 服务器在处理请求时会首先检查缓存，如果找到相应的数据，就能够立即返回给客户端，避免了访问后端服务或数据库的时间开销。

而关于中间传输的缓存，常见的有 HTTP 代理缓存和 CDN（Content Delivery Network，内容分发网络）。

HTTP 代理缓存，通过使用增加了缓存功能的 HTTP 代理服务器（例如 Nginx），缓存源服务器的数据，分发给下游的客户端。

而使用 CDN 把源服务器的内容逐级缓存到网络中的每一个 CDN 节点中，这样用户在上网的时候就不直接访问源站，而是访问离它最近的一个 CDN 节点（其实就是缓存了源服务器内容的代理服务器）

使用高性能 web 服务器

除了传输过程中对数据进行压缩和使用缓存，我们还可以在服务端下手。

首先我们应该选择高性能的 Web 服务器，最常见的应该就是 Nginx 了。

作为一款【高性能，轻量级】的 Web 服务器，【进程池+单线程】的工作模式让 Nginx 消耗较少的 CPU 和内存，非常轻量，而【I/O 多路复用】又使得 Nginx 的工作效率大大提升。

我们还可以通过 Nginx 实现【动静分离】：把动态页面和静态页面交给不同的服务器来解析，来加快解析速度，提高请求的访问效率，降低原来单个服务器的压力。

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# Nginx 动静分离配置例子
server {
  listen 80 ; 
  
  location ~* \.(png)$ {
    root /var/images/png/;
  }
  
  location ~* \.(php)$ {
    proxy_pass http://php_back_end;
  }
}

不但如此，在配置 Nginx 的时候还应该开启 HTTP 长连接。

这样做可以平均握手成本到多次请求中，避免了每个请求都要进行 TCP 连接建立和断开的开销，从而提高了性能。连接的复用使得后续的请求不再需要进行完整的三次握手过程，减少了连接建立的延迟。

升级 HTTP/2

除了上面的【数据压缩】、【使用缓存】、【使用高性能 web 服务器】，HTTP 性能优化还有一个选择，那就是【把协议由 HTTP/1 升级到 HTTP/2】

HTTP/2 基于 Google 的 SPDY 协议，完全兼容 HTTP/1，我们来看看它的一些优点。

  • 头部压缩

报文 Header 一般会携带 “User Agent”、“Cookie”、“Accept”、“Server” 等许多固定的头字段，多达几百字节甚至上千字节，但 Body 却经常只有几十字节（比如 GET 请求）

更要命的是，成千上万的请求响应报文里有很多字段值都是重复的，非常浪费，导致大量带宽消耗在了这些冗余度极高的数据上。

为了压缩头部，HTTP/2 开发了专门的 “HPACK” 算法：在客户端和服务器两端建立“字典”，用索引号表示重复的字符串，还釆用哈夫曼编码来压缩整数和字符串，可以达到 50%~90% 的高压缩率。

  • 二进制格式

相较于 HTTP/1 里纯文本形式的报文，HTTP/2 全面采用二进制格式，既方便计算机解析，而且体积小、速度快，使性能大大提高。

除此之外，HTTP/2 使用虚拟的流（stream）传输消息，解决了“队头阻塞”问题，同时实现了“多路复用”，提高连接的利用率；

今天这篇文章讲了 HTTP 性能优化的一些方法，希望能对你有帮助！