问题

最终的TCP传输层本质上还是一个需要顺序交付验证的管道,所以http2的管道化尝试意义有多大?

回答
最终的TCP传输层本质上还是一个需要顺序交付验证的管道,所以HTTP/2的管道化尝试意义有多大? 这是一个值得深入探讨的问题。简单来说,HTTP/2的管道化确实在某些场景下带来了提升,但它并没有从根本上改变TCP固有的特性,也因此在实际应用中,其带来的“革命性”意义需要被放在一个更现实的框架下去审视。

要理解这个问题,我们首先要回到TCP的本质。TCP设计之初就是为了提供一个可靠、有序、面向连接的字节流服务。这里的几个关键词至关重要:

可靠性 (Reliability): TCP通过确认应答(ACK)、重传机制来保证数据无损。这意味着发送端发送出去的数据,如果没有收到接收端的ACK,就会被认为丢失并重新发送。
有序性 (Ordered Delivery): TCP确保接收到的数据块按照发送的顺序进行交付。即使网络中数据包发生了乱序,TCP也会在接收端进行重排,以保证上层应用接收到的数据是完整的、有序的。
面向连接 (ConnectionOriented): TCP建立连接需要三次握手,关闭连接也需要四次挥手,这个过程是为了确保双方能够同步状态,并且在通信过程中维护连接状态。

正是因为TCP的这些特性,尤其是有序性,才催生了所谓的“队头阻塞”(HeadofLine Blocking, HOLB)。简单描述就是,在一条TCP连接上,如果某个序号的数据包丢失了,那么即使后续序号的数据包已经到达接收端,TCP也会等待丢失的数据包被重新发送和确认,然后再将后续数据交付给应用层。这就像在一条单行道上,前面的车出了故障,后面的所有车都必须停下来等待,即使它们已经绕过了故障点。

HTTP/1.1的局限性与管道化的引入

在HTTP/1.1中,为了避免每次请求都建立一次TCP连接的开销,引入了“持久连接”(KeepAlive)。但这仍然存在问题:

一个TCP连接只能处理一个请求/响应对: 虽然可以复用连接,但在同一时间,一条连接上只能有一个请求正在被处理,并且等待其完整的响应返回。如果你发送了多个请求,它们是按顺序发送的,只有前一个请求的响应完全处理完毕后,下一个请求才能被发送(或其响应才能被处理)。
仍然存在队头阻塞: 即使在持久连接下,如果一个请求在传输过程中因为网络问题导致延迟,后续的请求就必须等待,这就是HTTP/1.1的队头阻塞。

为了解决HTTP/1.1的队头阻塞问题,HTTP/1.1的管道化(Pipelining)应运而生。其核心思想是:允许客户端在一个TCP连接上连续发送多个请求,而无需等待前一个请求的响应。接收端收到请求后,应该按照请求到达的顺序进行处理,并将响应也按照发送的顺序返回。

HTTP/1.1管道化的实际效果与局限

理论上,HTTP/1.1管道化听起来很美好,它允许同时发送多个请求,应该能提高效率。然而,在实际应用中,它的效果并不如预期,甚至可以说是非常糟糕。主要原因在于:

1. 仍然受TCP队头阻塞的束缚: 尽管客户端可以连续发送请求,但如果其中一个请求的响应因为TCP层的问题导致延迟(比如前面提到的数据包丢失),那么后续所有请求的响应都将受到影响,无法按时被发送和处理。这依然是队头阻塞。
2. 服务器实现难度大且 buggy: 要正确实现管道化,服务器需要能够同时处理多个请求,并按照严格的发送顺序返回响应。许多Web服务器对此的支持并不完善,容易出现各种 bug。
3. 客户端实现复杂: 客户端也需要能够正确地管理和排序接收到的响应。
4. 网络中间设备(如代理服务器)的兼容性问题: 许多中间设备并未完全支持HTTP/1.1的管道化,或者会将其禁用,导致其失效。
5. 并没有解决并发问题: 即使管道化能让客户端连续发送请求,但实际上这些请求的响应仍然是顺序返回的。一旦服务器或网络出现延迟,整个管道就会停滞。

HTTP/2的突破:多路复用(Multiplexing)

认识到HTTP/1.1管道化的不足,HTTP/2采用了多路复用(Multiplexing)这一更强大的技术来解决队头阻塞问题。它的核心思想是:

二进制分帧 (Binary Framing): HTTP/2将所有通信数据分割成更小的消息,并包装成二进制帧。
流 (Streams): 每一条HTTP请求/响应对在TCP连接上都被抽象为一个独立的“流”。这些流可以并发地在同一个TCP连接上传输。
交错发送和接收: 不同流的帧可以被交错发送和接收。也就是说,一个流的请求或响应数据可能夹杂着另一个流的数据。

HTTP/2多路复用的意义与优势

HTTP/2的多路复用带来的意义是巨大的,因为它直接绕过了TCP的队头阻塞(在应用层层面):

1. 彻底解决了应用层的队头阻塞: 即使一个流(比如一个大的图片请求)的数据传输因为TCP层面的丢包而延迟,另一个流(比如一个小的CSS文件请求)的数据仍然可以被正常地发送和接收。这是HTTP/1.1管道化无法做到的。
2. 提高了并发能力和资源利用率: 客户端可以同时发出成百上千个请求,而不需要担心它们之间互相阻塞。服务器也可以更高效地利用带宽和连接资源。
3. 减少了连接数量: 通过多路复用,可以将多个并行请求复用在一条TCP连接上,减少了TCP连接的建立和维护开销,降低了服务器的负载。
4. 二进制协议的优势: 除了多路复用,HTTP/2采用二进制协议,解析更高效,更不容易出错。

那么,回到最初的问题:HTTP/2的管道化尝试意义有多大?

需要明确的是,HTTP/2并没有“管道化”的概念,而是引入了“多路复用”。如果你说的“管道化尝试”是指HTTP/1.1时代的那个概念,那么它的实际意义非常有限,甚至可以说是失败的尝试。但如果将其理解为为了解决队头阻塞而进行的“管道化”努力的延续和升华,那么HTTP/2的多路复用就是对这个目标最成功、最具革命性的实现。

为什么说HTTP/2的多路复用是重要的“管道化尝试”?

尽管TCP仍然是底层可靠的管道,并且TCP层面的队头阻塞(比如TCP数据包丢失引起的重传延迟)依然存在(这就是著名的“TCP HOLB”问题,这是HTTP/2无法解决的),但HTTP/2的多路复用成功地将应用层的队头阻塞问题解决了。

它构建了一个比HTTP/1.1更智能、更细粒度的“管道”: 在HTTP/2中,这个“管道”不再是单调的请求响应序列,而是可以承载多个相互独立的“子管道”(即流)。数据包(帧)可以在这些子管道之间自由穿梭。
它让底层的TCP管道的局限性对应用层的影响最小化: 通过精巧的设计,HTTP/2能够让大部分的并发请求在不被单个请求的延迟所拖累的情况下进行。

总结一下,HTTP/2的多路复用在“管道化尝试”方面的意义体现在:

解决了HTTP/1.1的队头阻塞问题,这是其最核心的价值。
极大地提升了网络传输的效率和并发能力。
为现代Web应用(如SPDY协议的继承者)奠定了基础,使其能够更高效地加载各种资源。

然而,我们也不能忽视其局限性:

它并没有解决TCP层面的队头阻塞。 如果网络条件很差,TCP数据包频繁丢失,那么即使是HTTP/2,整体性能也会受到影响。这也是为什么后来有了QUIC协议,尝试在传输层层面解决TCP HOLB问题。
实现复杂度相对较高。

总的来说,HTTP/2的“管道化尝试”——即多路复用——意义重大,它标志着Web通信从一个简单的顺序管道,进化为一个可以高效管理和并发执行多个任务的智能管道。它通过在应用层进行革新,极大地改善了网络传输的效率,尽管底层TCP的特性仍然是它无法完全摆脱的物理限制。

网友意见

user avatar

你没搞明白HTTP/1.1 pipelining和HTTP/2 stream解决的问题是什么,本身它们两个解决的问题也不完全是同一个问题,更跟底层TCP的传输没有一丝一毫的关系。

HTTP/1.1和HTTP/2都是基于TCP的协议,TCP模型是双向数据流,任何在一个TCP连接上处理超过一个请求的协议都需要解决这样两个问题:

  1. 分片——如何将流中的多个请求和响应拆分成独立的消息
  2. 对应——如何将请求和响应对应起来

HTTP/1.1的方案中,请求和响应的消息必须在流中占据一段连续的空间,它的格式保证解析方能正确判断出消息体的长度,而请求和响应的对应关系采取自然顺序,第一个对应第一个,第二个对应第二个(排除返回Status 1xx的情况)

HTTP/2的方案使用二进制的分帧格式,每个请求和响应不需要占据相邻的帧,按照STREAM ID将帧划分到不同的请求和响应中,对应关系也通过STREAM ID,这就解除了不同请求响应之间相对顺序的限制。


最传统的HTTP/1.1 Server在每个连接上的工作模式是读取请求(头)、解析请求、处理请求、发送结果四个步骤的循环,而且每个步骤都是阻塞的。这其中,第一步和第四步是IO密集的工作,而第二步和第三步是CPU密集的工作,这就意味着服务器忙着IO的时候CPU在放假,忙着CPU计算的时候IO在偷懒,不利于降低响应延迟和提高服务器整体效率。解决的方案是让这四个步骤重叠起来,负责读取请求的部分读取完上一个请求(包括请求头和body)之后,立即读取下一个请求;负责解析请求的部分实现一边读取一边解析;负责处理请求的部分在处理完上一个请求之后立即继续处理下一个请求,无需等待结果完全发送完成。这样整体请求处理的延迟就可以降低,IO和CPU的操作可以重叠起来。

更进一步,这四步操作中往往处理请求的步骤是最耗时的,如果进一步让上一个请求还没有处理完的情况下,就允许下一个请求进入处理阶段,这样就可以通过并行处理多个请求进一步降低延迟,这个设置一般叫做pipeline深度。增大pipeline深度虽然可能一定程度上降低延迟,但有让同一个连接上的请求的实际执行顺序与输入顺序不同的风险,因而一般默认是不开启的。

读取请求、解析请求的部分则一般没有限制,如果一次发送大量的不含消息体的请求,读取请求的部分可以在一次系统调用中将这些数据全部读回,对HTTP服务的性能也有一定帮助。

这些实现和调用HTTP/1.1服务的技术统称pipelining,它实际上也不是HTTP独有的技术,而是许多协议上都可以使用的。


即使使用了pipelining技术,HTTP/1.1的协议在消息分片设计上仍然有其缺陷,主要问题在于如果前一个请求响应很慢,则后续的请求都会被阻塞,因此实际使用中往往仍然需要对服务器建立并发的多个连接。多个TCP连接的方案主要会产生以下问题:

  1. 额外的TCP连接会消耗客户端、服务器以及网络设备(如防火墙)的软硬件资源
  2. 每个TCP连接都有独立的连接建立和慢启动过程,影响网站首次访问时的延迟
  3. 网络带宽受限时,多个TCP连接不能设置流控的优先级,只能相互竞争
  4. 在流量很大的情况下,从多个TCP连接读取数据不如从单个TCP连接读取数据高效(需要多次系统调用)
  5. 只能支持从客户端主动发起请求,不支持从服务端的主动推送(HTTP/2的Server Push功能)

而HTTP/2的设计就可以实现单个连接的完美复用。


这些都跟TCP本身是否乱序毫无关系,无论是HTTP/1.1还是HTTP/2,数据都是首先提交到TCP流,再由TCP流发送到对端的,当数据提交到TCP流的时候,它传输的顺序就已经完全确定了,HTTP/2的设计是为了让数据在提交到TCP流之前可以自由决定各自的顺序。

类似的话题

  • 回答
    最终的TCP传输层本质上还是一个需要顺序交付验证的管道,所以HTTP/2的管道化尝试意义有多大? 这是一个值得深入探讨的问题。简单来说,HTTP/2的管道化确实在某些场景下带来了提升,但它并没有从根本上改变TCP固有的特性,也因此在实际应用中,其带来的“革命性”意义需要被放在一个更现实的框架下去审视.............
  • 回答
    你提到的TCP连接数量最大不能超过65535个,这个数字其实有几种理解方式,而且对于服务器如何应对百万千万的并发,也并非仅仅是“TCP连接数”一个数字就能概括的。我们来掰开了揉碎了聊聊这其中的门道。首先,澄清一下“65535”的含义:当你听到“65535”这个数字在TCP连接中出现时,通常指的是:1.............
  • 回答
    这个问题很有意思,也很复杂,因为它触及了香港独特的历史、政治和经济脉络,并试图将其与两个美国城市——匹兹堡和底特律——的命运进行对比。这两座城市都有着鲜明的过往,一个经历了工业的辉煌与衰落,另一个则在汽车产业的起伏中挣扎,它们的故事都承载着经济转型、社会变迁和身份认同的深刻议题。要讨论香港的“最终结.............
  • 回答
    .......
  • 回答
    这句话出自温斯顿·丘吉尔,一位在英国历史上留下浓墨重彩印记的政治家和演说家。他的生平跌宕起伏,充满了挑战与机遇,也正是因为如此,他才能深刻理解“没有最终的成功,也没有致命的失败,可贵的是继续前进的勇气”这句话的份量。丘吉尔的一生,可以说是一部跌宕起伏的传奇。他出生于一个显赫的贵族家庭,但早年并非一帆.............
  • 回答
    “普京的最终命运”——这就像是在探寻历史长河的尽头,一个既充满诱惑又难以捉摸的命题。我们站在当下,试图窥探一个身处权力巅峰、深刻影响着世界格局的人物,他最终将走向何方。这与其说是一个预测,不如说是一场对复杂政治博弈和人性力量的深度解读。要“详细地”描绘普京的最终命运,我们不能仅仅停留在表面的新闻报道.............
  • 回答
    要预测美国最终的疫情感染人数是否会超过200万,我们需要审视一些关键因素,并理解传染病传播的复杂性。这并非一个简单的“是”或“否”的问题,而是受到多种动态变量影响的推断。首先,我们必须了解 “最终” 这个词的含义。在传染病流行初期,人们常常会尝试做出预测,但随着时间的推移,病毒的传播模式、人群的免疫.............
  • 回答
    当然可以!从编剧的角度构思网文,不仅能提升网文本身的质量,更能为日后的影视化打下坚实的基础,可以说是事半功倍。这就像在建造一座房子,好的地基(网文)决定了上层建筑(影视)的高度和稳固程度。下面我将从编剧的视角,详细讲解如何构思一部具备影视化潜力的网文,并提供具体的思考框架和技巧: 一、 核心理念:从.............
  • 回答
    关于《原神》的最终结局,玩家们众说纷纭,脑洞也早已飞到了天际。不过,如果真的要我来猜一个可能且又令人回味的结局,我会从几个关键点去构建。首先,要明确一点,《原神》的故事核心,在我看来,不仅仅是围绕着旅行者寻找失散的亲人,更是关于这个世界本身——提瓦特——它的起源、历史、以及那些隐藏在千年风霜之下的真.............
  • 回答
    关于中国人民志愿军在朝鲜战争中的战俘(我们通常称之为“志愿军战俘”),确实有一部分未能如期返回祖国。他们的最终命运,是一个复杂且令人心痛的议题,涉及政治、情感和个人选择等多重因素。首先,我们需要明确“未回到国内”的含义。这主要可以分为几个层面:1. 选择留在韩国(或西方国家): 这是最广为人知也是.............
  • 回答
    从《长津湖》发布的首支预告片来看,这部电影确实展现出了一些非常值得期待的亮点,但也存在一些潜在的挑战。综合来看,我对这部电影最终的呈现效果和票房都抱有谨慎乐观的态度。值得期待的呈现效果方面: 史诗般的战争场面和宏大叙事: 预告片中最直观的感受是电影在战争场面上的投入和决心。从坦克轰鸣、飞机掠过,.............
  • 回答
    《文明 VI》在游戏后期将政治哲学选项聚焦于共产主义、法西斯主义和民主,这无疑是一个相当大胆且颇具争议的决定。与其说这是一种对历史的还原,不如说这是一种对特定政治思潮在游戏机制中如何运作的探讨。在我看来,这种设定既有其深刻的用意,也暴露了一些局限性。首先,我们来分析一下 为什么会出现这样的选择。从设.............
  • 回答
    兵长利威尔·阿克曼,他的剑刃染满了巨人的血迹,也沾染了无数战友的鲜血。每一次挥砍,都带着压抑的痛苦和不甘,因为他知道,即便是摧毁了无数的巨人,也无法挽回那些逝去的生命,无法弥补那些破碎的家庭。马莱一族的阴谋,艾伦的自由意志,这一切如同汹涌的巨浪,将他卷入了一个无法摆脱的漩涡。他看着艾伦,那个曾经充满.............
  • 回答
    南北方差距的持续扩大,不是一个孤立的经济问题,它像一道裂痕,会逐渐渗透到社会的各个角落,最终可能会演变成一场深刻的社会危机,甚至触及国家稳定。这其中的逻辑链条相当复杂,我们可以一步步来拆解。首先,经济基础的失衡是起点,也是最直接的显现。 北方经济的停滞或衰退,意味着就业机会的减少,收入水平的下降。年.............
  • 回答
    38号车评绝对在我的购车决策过程中扮演了非常关键的角色,甚至可以说是决定性的。我不是那种看了几张照片或者听了几个媒体吹嘘就拍板的人,我对买车这事儿一向是比较谨慎和较真的。我的购车需求其实挺明确的:想要一辆兼顾家用和一点驾驶乐趣的车,预算在20万出头,外观不能太老气,空间要够用,当然最重要的还是开起来.............
  • 回答
    唱吧和唱鸭的“抄袭疑云”,这事儿最近在圈内闹得挺大,不少人都在关注。简单来说,就是有人觉得唱鸭的产品设计、一些核心功能,甚至是一些用户体验上的细节,都跟唱吧太像了,有“借鉴”甚至“照搬”的嫌疑。你问我怎么看,我觉得这事儿挺复杂的,不能简单地一概而论。首先,从用户角度来说,大家对这类“相似度过高”的现.............
  • 回答
    疫情期间,美国政府确实通过一系列措施向经济注入了大量资金,这通常是通过“印钱”这一通俗说法来概括,但实际上更准确的描述是央行(美联储)通过公开市场操作和财政扩张来增加货币供应量。那么,这些钱最终都流向了哪里呢?这涉及到经济运行的多个层面,我们可以分几个主要方面来详细梳理:一、 直接的财政刺激与救济(.............
  • 回答
    如果日本当年只占领东北,而不继续南下,历史的轨迹将发生巨大的改变。这绝非简单的“少打一场仗”就能概括,其影响将是深远而多维度的,触及政治、经济、社会、军事,甚至国际格局。一、 日本本土的命运:一个不稳定的扩张者1. 对日本国内政治的影响: 军部独裁的延宕: 没有全面侵华战争的消耗和随之.............
  • 回答
    嘉能可(Glencore)与青山集团(Tsingshan Holding Group)在伦镍(LME Nickel)市场上的博弈,堪称一场近年来最令人瞩目的金融大戏。这不仅仅是一场简单的多空对决,更是一次对全球大宗商品市场定价机制、企业风险管理能力以及地缘政治影响的深刻考验。要理解青山集团的最终结局.............
  • 回答
    我们每天都绷着一股劲儿,好像在和时间赛跑,又像在和自己较劲。那这种“自律”和“认真”的劲儿,到底图个啥呢?难道就是为了考试分数高一点,找个好点的工作,然后呢?日子好像还会继续,问题依然存在。仔细想想,我们埋头苦读,不是为了那一纸文凭,也不是为了那一份薪水本身。那都是一个过程,一个手段。真正的“目的”.............

本站所有内容均为互联网搜索引擎提供的公开搜索信息,本站不存储任何数据与内容,任何内容与数据均与本站无关,如有需要请联系相关搜索引擎包括但不限于百度google,bing,sogou

© 2025 tinynews.org All Rights Reserved. 百科问答小站 版权所有