从 Nginx 默认不压缩 HTTP/1.0 说起

临近年关,明显变忙,博客也更新得慢了,以后尽量保证周更吧。今天这篇文章属于计划之外的更新,源自于白天看到的《一个基于 http 协议的优化》。在这篇文章中,作者描述了这样一个现象:

在移动的 http 请求量和联通不相上下的前提下,移动的 http response 带来的网络流量是联通的 2.5 倍。移动大概有 3 成的请求都没有做压缩,而联通几乎都是经过压缩的。那些没有经过压缩的 http 会话都是走了 1.0 的协议,相反经过压缩的 http 会话都是走了 http1.1 协议。

也就是说在相同的服务端配置下,移动运营商过来的流量中有 30% 走了 HTTP/1.0,而作者所使用的 HTTP Server,不对 HTTP/1.0 响应启用 GZip。

为什么在移动运营商网络下会有这么高比例的 HTTP/1.0 请求,本文按下不表,总之这一定是移动的原因。直接看另外一个问题,也就是本文标题所写:Nginx 为什么默认不压缩 HTTP/1.0?

那篇文章的作者并没有说明他用什么 HTTP Server,我这里直接当成 Nginx 好了。后面会发现这个问题跟 HTTP 协议有关,所有 HTTP Server 都会遇上。

在 Nginx 的官网文档中,有这样一个指令:

Syntax: gzip_http_version 1.0 | 1.1;
Default: gzip_http_version 1.1;
Context: http, server, location
Sets the minimum HTTP version of a request required to compress a response.

很明显,这个指令是用来设置 Nginx 启用 GZip 所需的 HTTP 最低版本,默认是 HTTP/1.1。也就是说 Nginx 默认不压缩 HTTP/1.0 是因为这个指令,将它的值改为 1.0 就能解决问题。

对于文本文件,GZip 的效果非常明显,开启后传输所需流量大约会降至 1/4 ~ 1/3。这么好的事情,Nginx 改一下配置就可以支持,为什么它默认不开启?

Nginx 对于满足条件(请求头中有 Accept-Encoding: gzip,响应内容的 Content-Type 存在于 gzip_types 列表)的请求会采用即时压缩(On-The-Fly Compression),整个压缩过程在内存中流式完成。也就是说,Nginx 不会等文件 GZip 完成再返回响应,而是边压缩边响应,这样可以显著提高 TTFB(Time To First Byte,首字节时间,WEB 性能优化重要指标)。这样唯一的问题是,Nginx 开始返回响应时,它无法知道将要传输的文件最终有多大,也就是无法给出 Content-Length 这个响应头部。

我们还知道,HTTP/1.1 默认支持 TCP 持久连接(Persistent Connection),HTTP/1.0 也可以通过显式指定 Connection: keep-alive 来启用持久连接。HTTP 运行在 TCP 连接之上,自然也有着跟 TCP 一样的三次握手、慢启动等特性,要想提高 HTTP 性能,启用持久连接就显得尤为重要。

明白以上两点,马上就能水落石出了:对于 TCP 持久连接上的 HTTP 报文,客户端需要一种机制来准确判断结束位置。而在 HTTP/1.0 中,这种机制只有 Content-Length。于是,对于本文前面提出的情况,HTTP Server 只能要么不压缩,要么不启用持久连接(对于非持久连接,TCP 断开就可以认为 HTTP 报文结束),而 Nginx 默认选择的是前者。

那么在 HTTP/1.1 中,这个问题解决了吗?当然!我在之前的文章中讲过,HTTP/1.1 新增的 Transfer-Encoding: chunked 所对应的分块传输机制可以完美解决这类问题。有兴趣的同学可以查看我的这篇文章:HTTP 协议中的 Transfer-Encoding

在很久以前,我们为了降低服务端的 CPU 压力,往往会把静态资源预先压缩为 .gz 文件,这样 HTTP Server 不需要即时压缩文件,也就不会遇到本文提到的这个问题。但随着时间的推移,现在几乎没人会这么干了,想要了解预先压缩细节的同学可以看下 Nginx 的 ngx_http_gzip_static_module 模块。

理论知识先写到这里,最后用实践来验证一下:

首先,不启用 Nginx 的 HTTP/1.0 GZip 功能,使用 HTTP/1.0 请求报文测试:

http/1.0 without gzip

可以看到,尽管我的请求报文中指明了可以接受 GZip,但是返回的内容依然是未压缩的;同时服务端响应了 Content-LengthConnection: keep-alive,连接并没有断开。也就是说对于 HTTP/1.0 请求,Nginx 为了尽可能启用持久连接,放弃了 GZip,这是 Nginx 的默认策略。

然后,启用 Nginx 的 HTTP/1.0 GZip 功能,使用 HTTP/1.0 请求报文测试:

http/1.0 with gzip

可以看到,这次的请求报文与上次完全一样,但是结果截然不同:虽然返回的内容被压缩了,但是连接也被断开了,服务端返回了 Connection: close。原因就是之前说过的,动态压缩导致无法事先得知响应内容长度,在 HTTP/1.0 中只能依靠断开连接来让客户端知道响应结束了。

最后,使用 HTTP/1.1 请求报文测试:

http/1.1 with gzip

可以看到,由于请求报文是 HTTP/1.1 的,Nginx 能知道这个客户端支持 HTTP/1.1 的 Transfer-Encoding: chunked,于是通过分块传输解决了所有问题:既启用了压缩,也启用了持久连接。

那么,对于 HTTP/1.0 请求,我们是让 Nginx 放弃持久连接好,还是放弃 GZip 好呢?

实际上,由于 HTML 文档或 JSON 接口一般都是用 PHP、Node.js 等服务端语言动态输出,即使不压缩,Nginx 也无法事先得知它的 Content-Length,在 HTTP/1.0 中无论如何都无法启用持久连接,这时还不如启用 GZip 省点流量。

对于 JS、CSS 等事先可以知道大小的静态文本文件,我的建议是,移动端首次访问把重要的 JS、CSS 都内联在 HTML 中,然后存入 localStorage,后续不输出;不重要的 JS、CSS 通过外链引入,启用 GZip,牺牲 keep-alive 来达到减少流量的目的。

而对于图片类静态资源,由于主流图片格式都已经经过高度压缩,实在没必要再浪费服务端 CPU 来开启 GZip,这样也不会对 keep-alive 机制产生影响。

本文先写到这里,欢迎来博客原文进行评论、交流。浏览器的 GZip 其实还有很多有趣的小故事,先卖个关子,以后有空再写。

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提醒:本文最后更新于 357 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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