HTTP/2 与 WEB 性能优化(三)

在连续写了两篇关于「HTTP/2 与 WEB 性能优化」的文章后,今天来写这个系列的最后一篇。在正式开始之前,我们先来简单回顾下之前两篇文章:

HTTP/2 与 WEB 性能优化(一)」的结论是:HTTP/2 的 Server Push 机制,可以让重要的 JS、CSS 等资源尽快加载,从而不再需要 HTTP/1 中「将重要资源内联在页面头部」的优化方案了。

HTTP/2 与 WEB 性能优化(二)」的结论是:HTTP/2 支持了多路复用,HTTP 连接变得十分廉价,之前为了节省连接数所采用的类似于「资源合并、资源内联」等优化手段不再需要了。多路复用可以在一个 TCP 连接上建立大量 HTTP 连接,也就不存在 HTTP 连接数限制了,HTTP/1 中常见的「静态域名」优化策略不但用不上了,还会带来负面影响,需要去掉。另外,HTTP/2 的头部压缩功能也能大幅减少 HTTP 协议头部带来的开销。

但 HTTP/2 并不是万能的,并不是说用了 HTTP/2 就不再需要性能优化了。我在本系统第二篇文章末尾写到:

据官方预测,HTTP/1 至少还需要 10 年才能彻底退出历史舞台,另外尽管 HTTP/2 协议允许脱离 TLS 部署,但 Chrome 和 Firefox 都表示不支持非 TLS 的 HTTP/2,之后很可能一个网站会同时提供 HTTP/1.1、HTTP/1.1 over TLS、HTTP/2 over TLS 三种服务。如何在每种情况下,都能给用户提供最好的体验,需要更加深入的优化研究和更加精细的优化策略。

实际上,除了前两篇文章中提到的这些需要为 HTTP/2 做出调整的优化策略之外,其余大部分 HTTP/1 时期的优化策略依然有效。HTTP/1 的 WPO 并不是什么新鲜话题,大家早就熟门熟路了,本文只打算列举其中几个:

启用压缩

压缩的目的是让传输的数据变得更小。我们的线上代码(JS、CSS 和 HTML)都会做压缩,图片也会做压缩(PNGOUT、Pngcrush、JpegOptim、Gifsicle 等)。对于文本文件,在服务端发送响应之前进行 GZip 压缩也很重要,通常压缩后的文本大小会减小到原来的 1/4 - 1/3。对代码进行内容压缩已经有成熟的工具和标准流程了,而服务端的 GZip 更是标配,所以「压缩」是一项收益投入比很高的优化手段。

使用 HTTP 缓存

任何一个 WEB 项目,要提高性能,各个环节的缓存必不可少。利用好 HTTP 协议的缓存机制,可以大幅减少传输数据,减少请求,这又是一项收益投入比超高的优化手段。这里把之前我写的 HTTP/1.1 缓存机制介绍翻出来:

首先,服务端可以通过响应头里的 Last-Modified(最后修改时间) 或者 ETag(内容特征) 标记实体。浏览器会存下这些标记,并在下次请求时带上 If-Modified-Since: 上次 Last-Modified 的内容If-None-Match: 上次 ETag 的内容,询问服务端资源是否过期。如果服务端发现并没有过期,直接返回一个状态码为 304、正文为空的响应,告知浏览器使用本地缓存;如果资源有更新,服务端返回状态码 200、新的 Last-Modified、Etag 和正文。这个过程被称之为 HTTP 的协商缓存,通常也叫做弱缓存。

可以看到协商缓存并不会节省连接数,但是在缓存生效时,会大幅减小传输内容(304 响应没有正文,一般只有几百字节)。另外为什么有两个响应头都可以用来实现协商缓存呢?这是因为一开始用的 Last-Modified 有两个问题:1)只能精确到秒,1 秒内的多次变化反映不出来;2)在轮询的负载均衡算法中,如果各机器读到的文件修改时间不一致,有缓存无故失效和缓存不更新的风险。HTTP/1.1 并没有规定 ETag 的生成规则,而一般实现者都是对资源内容做摘要,能解决前面两个问题。

另外一种缓存机制是服务端通过响应头告诉浏览器,在什么时间之前(Expires)或在多长时间之内(Cache-Control: Max-age=xxx),不要再请求服务器了。这个机制我们通常称之为 HTTP 的强缓存。

一旦资源命中强缓存规则后,再次访问完全没有 HTTP 请求(Chrome 开发者工具的 Network 面板依然会显示请求,但是会注明 from cache;Firefox 的 firebug 也类似,会注明 BFCache),这会大幅提升性能。所以我们一般会对 CSS、JS、图片等资源使用强缓存,而入口文件(HTML)一般使用协商缓存或不缓存,这样可以通过修改入口文件中对强缓存资源的引入 URL 来达到即时更新的目的。

这里也解释下为什么有了 Expire,还要有 Cache-Control。也有两个原因:1)Cache-Control 功能更强大,对缓存的控制能力更强;2)Cache-Control 采用的 max-age 是相对时间,不受服务端 / 客户端时间不对的影响。

另外关于浏览器的刷新(F5 / cmd + r)和强刷(Ctrl + F5 / shift + cmd +r):普通刷新会使用协商缓存,忽略强缓存;强刷会忽略浏览器所有缓存(并且请求头会携带 Cache-Control:no-cache 和 Pragma:no-cache,用来通知所有中间节点忽略缓存)。只有从地址栏或收藏夹输入网址、点击链接等情况下,浏览器才会使用强缓存。

减少 DNS 查询

我们知道,建立 TCP 连接需要知道目标 IP,而绝大部分时候给浏览器的是域名。浏览器需要先将域名解析为 IP,这个过程就是 DNS 查询,一般需要几毫秒到几百毫秒,移动环境下会更慢。DNS 解析完成之前,请求会被 Block。浏览器一般都会缓存 DNS 查询结果,页面使用的域名(包括子域名)越少,花费在 DNS 查询上的开销就越小。另外,合理使用浏览器的 DNS Prefetching 技术,也是很好的做法。

减少重定向

无论是通过服务端响应头产生的重定向,还是通过 <meta> 或者 JS 产生的重定向,都可能引入新的 DNS 查询、新的 TCP 连接以及新的 HTTP 请求,所以减少重定向也很重要。浏览器基本都会缓存通过 301 Moved Permanently 指定的跳转,所以对于永久性跳转,可以考虑使用状态码 301。对于启用了 HTTPS 的网站,配置 HSTS 策略,也可以减少从 HTTP 到 HTTPS 的重定向。

WEB 性能优化是一个系统工程,不可能在这一篇文章里写完,我决定先就写到这儿。最后,推荐一个 Chrome 扩展:HTTP/2 and SPDY indicator,它可以在地址栏显示当前网站是否启用了 SPDY 或者 HTTP/2,点击图标可以直接打开 Chrome 的 HTTP/2 的调试界面,十分方便。

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提醒:本文最后更新于 554 天前,文中所描述的信息可能已发生改变,请谨慎使用。

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