深入理解HTTP/2：nghttp2库源码解析及客户端实现示例
HTTP/2 是 HTTP 协议的重大升级，提供了更高效的传输性能和更好的用户体验。nghttp2 是一个非常流行的 HTTP/2 实现库，本文将通过解析 nghttp2 的源码以及实现一个简单的客户端示例，帮助读者深入理解 HTTP/2。
一、HTTP/2 基本概念
HTTP/2 引入了多个新特性来提升性能，包括：
- 二进制分帧层：将数据分为帧，帧再组成消息，简化了数据解析。
- 多路复用：在一个连接上同时发送多个请求和响应，消除队头阻塞问题。
- 头部压缩：使用 HPACK 压缩算法减少头部大小。
- 服务器推送：服务器可以主动向客户端推送资源，而无需客户端请求。
二、nghttp2 概述
nghttp2 是一个用 C 语言编写的高性能 HTTP/2 库，提供了客户端、服务器和代理的实现。它包括以下几个主要组件：
- libnghttp2：核心库，实现了 HTTP/2 协议。
- nghttpx：基于 nghttp2 的高性能代理。
- nghttp：命令行客户端工具。
三、nghttp2 源码解析
nghttp2 的源码结构清晰，主要包括以下目录：
- src/ ：包含核心实现代码。
- lib/ ：库文件。
- tests/ ：单元测试。
我们重点关注 lib/nghttp2 目录下的文件，其中包含了 HTTP/2 协议的核心实现。
1. 初始化与配置
在 nghttp2 的初始化过程中，首先会创建会话并设置相关参数。以下是 nghttp2_session_client_new 函数的简化版：
int nghttp2_session_client_new(nghttp2_session **session_ptr,
const nghttp2_session_callbacks *callbacks,
void *user_data) {
return nghttp2_session_new(session_ptr, callbacks, user_data,
NGHTTP2_CLIENT);
}
解释：
该函数创建一个新的 HTTP/2 客户端会话，接受回调函数和用户数据作为参数，并调用 nghttp2_session_new 函数完成实际的初始化工作。
2. 发送请求
发送请求时，会使用 nghttp2_submit_request 函数，该函数接受会话、优先级、头部和数据回调等参数：
int nghttp2_submit_request(nghttp2_session *session,
const nghttp2_priority_spec *pri_spec,
const nghttp2_nv *nva, size_t nvlen,
const nghttp2_data_provider *data_prd,
void *stream_user_data) {
// 实现代码
}
解释：nghttp2_submit_request 函数向服务器发送 HTTP/2 请求。nva 是头部数组，data_prd 是数据提供者，用于提供请求体数据。
3. 处理响应
处理响应时，会使用 nghttp2_session_mem_recv 函数，该函数从缓冲区中读取数据并解析：
ssize_t nghttp2_session_mem_recv(nghttp2_session *session,
const uint8_t *in, size_t inlen) {
// 实现代码
}
解释：nghttp2_session_mem_recv 函数从输入缓冲区 in 中读取数据，并将其交给 nghttp2 会话进行处理。
四、客户端实现示例
下面是一个简单的 HTTP/2 客户端示例，使用 nghttp2 库发送请求并处理响应。
示例代码：
#include <nghttp2/nghttp2.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
// 回调函数，用于处理响应数据
static int on_data_chunk_recv_callback(nghttp2_session *session, uint8_t flags,
int32_t stream_id, const uint8_t *data,
size_t len, void *user_data) {
fwrite(data, 1, len, stdout);
return 0;
}
int main(int argc, char **argv) {
nghttp2_session_callbacks *callbacks;
nghttp2_session *session;
nghttp2_nv nva[] = {
MAKE_NV(":method", "GET"),
MAKE_NV(":path", "/"),
MAKE_NV(":scheme", "https"),
MAKE_NV(":authority", "example.com")
};
// 初始化回调函数
nghttp2_session_callbacks_new(&callbacks);
nghttp2_session_callbacks_set_on_data_chunk_recv_callback(
callbacks, on_data_chunk_recv_callback);
// 创建会话
nghttp2_session_client_new(&session, callbacks, NULL);
// 发送请求
nghttp2_submit_request(session, NULL, nva, sizeof(nva) / sizeof(nva[0]),
NULL, NULL);
// 处理响应
uint8_t buffer[4096];
ssize_t read_len = read(STDIN_FILENO, buffer, sizeof(buffer));
nghttp2_session_mem_recv(session, buffer, read_len);
// 清理资源
nghttp2_session_del(session);
nghttp2_session_callbacks_del(callbacks);
return 0;
}
解释：
- 回调函数：
on_data_chunk_recv_callback用于处理接收到的响应数据。 - 会话初始化：通过
nghttp2_session_client_new创建一个新的客户端会话。 - 发送请求：使用
nghttp2_submit_request发送 GET 请求。 - 处理响应：从标准输入读取数据，并通过
nghttp2_session_mem_recv处理。
思维导图
graph TD;
A[开始] --> B[HTTP/2 基本概念];
B --> C[二进制分帧层];
B --> D[多路复用];
B --> E[头部压缩];
B --> F[服务器推送];
A --> G[nghttp2 概述];
G --> H[libnghttp2];
G --> I[nghttpx];
G --> J[nghttp];
A --> K[nghttp2 源码解析];
K --> L[初始化与配置];
K --> M[发送请求];
K --> N[处理响应];
A --> O[客户端实现示例];
O --> P[回调函数];
O --> Q[会话初始化];
O --> R[发送请求];
O --> S[处理响应];
分析说明表
| 步骤 | 描述 | 代码/命令 |
|---|---|---|
| 初始化与配置 | 创建会话并设置参数 | nghttp2_session_client_new |
| 发送请求 | 发送HTTP/2请求 | nghttp2_submit_request |
| 处理响应 | 从缓冲区中读取数据并解析 | nghttp2_session_mem_recv |
| 回调函数 | 处理接收到的响应数据 | on_data_chunk_recv_callback |
| 会话初始化 | 创建一个新的客户端会话 | nghttp2_session_client_new |
| 发送请求 | 发送GET请求 | nghttp2_submit_request |
| 处理响应 | 从标准输入读取数据并处理 | nghttp2_session_mem_recv |
总结
通过解析nghttp2库的源码和实现一个简单的HTTP/2客户端示例，本文详细介绍了HTTP/2的关键特性和nghttp2的核心实现。了解这些内容可以帮助开发者更好地理解HTTP/2协议，提高Web应用的性能和用户体验。对于实际开发中的应用，可以根据需要进一步优化和扩展代码，以满足具体需求。
