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HTTP/2--HPACK算法

Candy_Desire
 Candy_Desire
发布于 2015/12/30 16:30
字数 1205
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 为 HTTP/2 头压缩专门设计的 HPACK

      HTTP/2 对消息头采用 HPACK 进行压缩传输,能够节省消息头占用的网络的流量。如何理解 HPACK 压缩呢? 如果我们约定将常用的请求头的参数用一些特殊的编号来表示,比如 GET /index.html 用一个 1 来表示,POST /index.html 用 2 来表示。那么是不是可以节省很多字节? 为 HTTP/2 的专门量身打造的 HPACK 便是类似这样的思路延伸。它使用一份索引表来定义常用的 HTTP Header。把常用的 HTTP Header 存放在表里。请求的时候便只需要发送在表里的索引位置即可。例如 :method=GET 使用索引值 2 表示,:path=/index.html 使用索引值 5 表示。 具体这里的静态映射表请看附录的Table 1: Static Table Entries。

 

      比如我们想表达 请求的Header内容是:   GET /index.html   只要给服务端发送一个 Frame,该 Frame 的 Payload 部分存储 0x8285,Frame 的 Type 设置为 Header 类型。

      为什么是 0x8285,而不是 0x0205? 这是因为高位设置为 1 表示这个字节是一个完全索引值(key 和 value 都在索引中)。类似的,通过高位的标志位可以区分出这个字节是属于一个完全索引值,还是仅索引了 key,还是 key 和 value 都没有索引。因为索引表的大小的是有限的,它仅保存了一些常用的 HTTP Header,同时每次请求还可以在表的末尾动态追加新的 HTTP Header 缓存。动态部分称之为 Dynamic Table。Static Table 和 Dynamic Table 在一起组合成了索引表:

参考: http://io.upyun.com/2015/05/13/http2/ 

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HPACK 不仅仅通过索引键值对来降低数据量,同时还会将字符串进行霍夫曼编码来压缩字符串大小。

以常用的 User-Agent 为例,它在静态表中的索引值是 58,它的值是不存在表中的,因为它的值是多变的。第一次请求的时候它的 key 用 58 表示,表示这是一个 User-Agent ,它的值部分会进行霍夫曼编码(如果编码后的字符串变更长了,则不采用霍夫曼编码)。服务端收到请求后,会将这个 User-Agent 添加到 Dynamic Table 缓存起来,分配一个新的索引值。客户端下一次请求时,假设上次请求User-Agent的在表中的索引位置是 62, 此时只需要发送 0xBE(同样的,高位置 1),便可以代表: User-Agent: Mozilla/5.0 (Windows NT 6.1; WOW64) AppleWebKit/537.36 (KHTML, like Gecko) Chrome/33.0.1750.146 Safari/537.36。其过程如下图所示:

 

HPACK: Header Compression for HTTP/2

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图来自: http://chimera.labs.oreilly.com/books/1230000000545/ch12.html#HTTP2_PUSH

 

WireShark  可以看到具体的 Header 解密后的内容,如下图:

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上图是用的 WireShark  Development Release (1.99.6) 看到的 Header frame 的内容。

https://www.wireshark.org/download.html 

 

Header  Frame 的数据格式

HTTP2 的 Header Frame 的数据区, 分下面几种格式,相关资料请参考:http://http2.github.io/http2-spec/compression.html#index.address.space

 

1、在 预定的头字段静态映射表 中已经有预定义的 Header Name 和 Header Value值

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这时候的二进制数据格式如上图, 第一位固定为1, 后面7位为映射的索引值

An indexed header field starts with the ‘1‘ 1-bit pattern, followed by the index of the matching header field, represented as an integer with a 7-bit prefix

例子,

下图的 83 就是这样的,  83 的二进制字节标示  1000 0011 , 抹掉首位, 就是 3 , 对应的 静态映射表中 的 method: POST。

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注意,不存在首位为0,但是后面可以在静态表中可以找到的情况。

 

2、 预定的头字段静态映射表中有 name,需要设置新值。

Literal Header Field with Incremental Indexing

这种情况下的数据格式为:

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例子, 一个指定 path的Header, 

首字符 为 44 ,对应的二进制位   0100 0100   前两个字符为 01 ,  Index 为 4 , 即对应静态映射表中的 path 头。

第二个字符为 95  对应的二进制位 1001 0101 ,排除首字符对应的 Value Length 为 十进制的21。 即 算上 44, 一共23个字符来记录这个信息。

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3、预定的头字段静态映射表中没有 name,需要设置新name和新值。

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例子

40 的二进制是  0100 0000,   
02 的二进制是  0000 0010, 后七位的十进制值是 2

86 的二进制是  1000 0110  后7位的十进制值是 6

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其他还有2种情况:

Literal Header Field without Indexing

  • Literal Header Field without Indexing — Indexed Name

  • Literal Header Field without Indexing — New Name

Literal Header Field Never Indexed


    • Literal Header Field Never Indexed — Indexed Name

    • Literal Header Field Never Indexed — New Name

请参考: http://http2.github.io/http2-spec/compression.html#index.address.space 

 

附录

HTTP2 中, 预定的头字段静态映射表如下。(Table 1: Static Table Entries)

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