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Objective-C中的HTTP/2协议应用与性能提升

2021-11-062.7k 阅读

HTTP/2 协议概述

HTTP/2 是 HTTP 协议的一次重大升级，相较于 HTTP/1.1，它在性能上有了显著提升。HTTP/2 采用二进制分帧层，将所有传输的信息分割为更小的消息和帧，并对它们采用二进制格式的编码。

二进制分帧

在 HTTP/1.1 中，数据以文本形式传输，解析和处理效率相对较低。而 HTTP/2 的二进制分帧层将请求和响应数据分割成更小的帧，这些帧可以并行交错发送，然后在另一端重新组装。例如，一个请求可能被分割成多个帧，分别包含头部信息、请求体的不同部分等。这样的设计使得网络资源的利用更加高效，减少了延迟。

多路复用

HTTP/2 的多路复用特性允许在单个连接上同时进行多个请求和响应。在 HTTP/1.1 中，由于线头阻塞问题，同一连接上如果一个请求阻塞，后续请求也会受到影响。而 HTTP/2 通过多路复用，每个请求和响应都有自己的流标识符，这些流可以在连接上交错传输，互不干扰。例如，一个网页可能同时请求多个资源（图片、脚本、样式表等），在 HTTP/2 下，这些请求可以在同一个连接上并行进行，大大提高了加载速度。

头部压缩

HTTP 头部信息在每次请求和响应中都会传输，其中包含了许多元数据，如请求方法、URL、Cookie 等。在 HTTP/1.1 中，这些头部信息通常以文本形式传输，并且每次请求都可能包含重复的头部数据。HTTP/2 采用 HPACK 算法对头部进行压缩，它通过建立动态字典，对重复的头部信息进行编码，显著减少了头部的大小，从而降低了传输开销。

Objective - C 中使用 HTTP/2 的框架

在 Objective - C 开发中，有多个框架可以用于支持 HTTP/2 协议，其中比较常用的是 AFNetworking 和 NSURLSession。

AFNetworking

AFNetworking 是一个广泛使用的网络框架，从 3.0 版本开始对 HTTP/2 提供了支持。要在项目中使用 AFNetworking 支持 HTTP/2，首先需要将其集成到项目中，可以通过 CocoaPods 进行安装：

pod 'AFNetworking'

安装完成后，在代码中使用如下方式创建支持 HTTP/2 的请求：

#import <AFNetworking/AFNetworking.h>

AFHTTPSessionManager *manager = [AFHTTPSessionManager manager];
// 设置支持 HTTP/2
manager.requestSerializer = [AFJSONRequestSerializer serializer];
manager.responseSerializer = [AFJSONResponseSerializer serializer];

NSDictionary *parameters = @{@"key": @"value"};
[manager POST:@"https://example.com/api" parameters:parameters progress:nil success:^(NSURLSessionDataTask * _Nonnull task, id  _Nullable responseObject) {
    NSLog(@"请求成功: %@", responseObject);
} failure:^(NSURLSessionDataTask * _Nullable task, NSError * _Nonnull error) {
    NSLog(@"请求失败: %@", error);
}];

在上述代码中，AFHTTPSessionManager 会自动检测服务器是否支持 HTTP/2，如果支持则使用 HTTP/2 协议进行请求。

NSURLSession

NSURLSession 是 iOS 7 引入的 URL 加载系统，它也对 HTTP/2 提供了支持。使用 NSURLSession 发起 HTTP/2 请求的示例代码如下：

NSURL *url = [NSURL URLWithString:@"https://example.com/api"];
NSMutableURLRequest *request = [NSMutableURLRequest requestWithURL:url];
request.HTTPMethod = @"POST";
NSDictionary *parameters = @{@"key": @"value"};
request.HTTPBody = [NSJSONSerialization dataWithJSONObject:parameters options:0 error:nil];

NSURLSession *session = [NSURLSession sharedSession];
NSURLSessionDataTask *task = [session dataTaskWithRequest:request completionHandler:^(NSData * _Nullable data, NSURLResponse * _Nullable response, NSError * _Nullable error) {
    if (!error) {
        NSDictionary *responseDict = [NSJSONSerialization JSONObjectWithData:data options:0 error:nil];
        NSLog(@"请求成功: %@", responseDict);
    } else {
        NSLog(@"请求失败: %@", error);
    }
}];
[task resume];

NSURLSession 同样会根据服务器的支持情况自动使用 HTTP/2 协议，开发者无需额外进行配置。

HTTP/2 在 Objective - C 应用中的性能优化策略

在 Objective - C 应用中使用 HTTP/2 协议时，可以通过以下策略进一步提升性能。

合理设置连接池

HTTP/2 的多路复用依赖于连接池的合理设置。在 AFNetworking 中，可以通过 AFHTTPSessionManager 的 sessionConfiguration 属性来设置连接相关的参数。例如，设置最大连接数：

NSURLSessionConfiguration *configuration = [NSURLSessionConfiguration defaultSessionConfiguration];
configuration.HTTPMaximumConnectionsPerHost = 10;
AFHTTPSessionManager *manager = [[AFHTTPSessionManager alloc] initWithSessionConfiguration:configuration];

在 NSURLSession 中，也可以通过 NSURLSessionConfiguration 来进行类似的设置。合理的最大连接数可以避免过多连接造成的资源浪费，同时又能充分利用 HTTP/2 的多路复用特性。

优化头部信息

由于 HTTP/2 对头部进行了压缩，但是如果头部信息本身过大，即使压缩后也可能占用较多带宽。在 Objective - C 开发中，尽量精简请求头部信息，避免不必要的元数据传输。例如，在使用 AFNetworking 时，可以通过 AFHTTPRequestSerializer 来设置自定义头部：

AFHTTPRequestSerializer *serializer = [AFHTTPRequestSerializer serializer];
[serializer setValue:@"application/json" forHTTPHeaderField:@"Content - Type"];
AFHTTPSessionManager *manager = [[AFHTTPSessionManager alloc] initWithSessionConfiguration:[NSURLSessionConfiguration defaultSessionConfiguration]];
manager.requestSerializer = serializer;

通过精确设置必要的头部信息，减少冗余数据。

处理大文件传输

在处理大文件上传或下载时，HTTP/2 的性能优势更加明显。在 Objective - C 中，可以使用 AFNetworking 或 NSURLSession 的进度回调来实时监控文件传输进度。例如，使用 AFNetworking 进行大文件上传：

NSURL *url = [NSURL URLWithString:@"https://example.com/upload"];
NSMutableURLRequest *request = [NSMutableURLRequest requestWithURL:url];
request.HTTPMethod = @"POST";

NSString *filePath = [[NSBundle mainBundle] pathForResource:@"largeFile" ofType:@"txt"];
NSURL *fileURL = [NSURL fileURLWithPath:filePath];
AFConstructingBlock constructingBlock = ^(id<AFMultipartFormData>  _Nonnull formData) {
    [formData appendPartWithFileURL:fileURL name:@"file" fileName:@"largeFile.txt" mimeType:@"text/plain" error:nil];
};

AFHTTPSessionManager *manager = [AFHTTPSessionManager manager];
[manager POST:@"https://example.com/upload" parameters:nil constructingBodyWithBlock:constructingBlock progress:^(NSProgress * _Nonnull uploadProgress) {
    // 监控上传进度
    CGFloat progress = (CGFloat)uploadProgress.completedUnitCount / (CGFloat)uploadProgress.totalUnitCount;
    NSLog(@"上传进度: %f", progress);
} success:^(NSURLSessionDataTask * _Nonnull task, id  _Nullable responseObject) {
    NSLog(@"上传成功: %@", responseObject);
} failure:^(NSURLSessionDataTask * _Nullable task, NSError * _Nonnull error) {
    NSLog(@"上传失败: %@", error);
}];

在下载大文件时，也可以类似地使用进度回调来优化用户体验。

HTTP/2 与网络安全

在 Objective - C 应用中使用 HTTP/2 时，网络安全是一个重要的考虑因素。

TLS 加密

HTTP/2 通常与 TLS（Transport Layer Security）加密结合使用，以确保数据传输的安全性。在 iOS 开发中，AFNetworking 和 NSURLSession 都支持 HTTPS 连接。对于 AFNetworking，默认情况下会验证服务器的 SSL 证书：

AFHTTPSessionManager *manager = [AFHTTPSessionManager manager];
// 验证服务器证书
AFSecurityPolicy *policy = [AFSecurityPolicy defaultPolicy];
policy.validatesDomainName = YES;
policy.validatesCertificateChain = YES;
manager.securityPolicy = policy;

在 NSURLSession 中，系统也会自动进行 SSL 证书验证。但是，在某些情况下，如开发环境中使用自签名证书时，可能需要进行额外的配置来信任证书：

NSURLSessionConfiguration *configuration = [NSURLSessionConfiguration defaultSessionConfiguration];
configuration.URLCredentialStorage = [NSURLCredentialStorage sharedCredentialStorage];
NSURLCredential *credential = [NSURLCredential credentialForTrust:serverTrust];
[[NSURLCredentialStorage sharedCredentialStorage] setCredential:credential forProtectionSpace:protectionSpace];
NSURLSession *session = [NSURLSession sessionWithConfiguration:configuration];

需要注意的是，在生产环境中，应尽量避免使用自签名证书，而是使用受信任的证书颁发机构颁发的证书。

防止中间人攻击

中间人攻击（MITM）是网络安全的常见威胁之一。在 HTTP/2 环境下，由于数据通常是加密传输的，中间人攻击的难度相对较大。但是，开发者仍需采取一些措施来防止中间人攻击。例如，严格验证服务器的证书，确保证书的颁发机构是可信的，并且证书的域名与请求的域名匹配。另外，可以使用公钥固定（Public Key Pinning）技术，在应用中预先存储服务器的公钥指纹，每次连接时验证服务器返回的公钥是否与预先存储的指纹匹配，进一步增强安全性。

实际应用案例分析

以一个图片分享社交应用为例，该应用需要频繁地进行图片上传和下载操作，同时还涉及用户信息的请求和更新。

优化前的性能状况

在使用 HTTP/1.1 协议时，由于图片文件较大，上传和下载过程中经常出现卡顿现象。特别是在多个图片同时请求时，由于线头阻塞问题，请求响应时间明显延长。而且，用户信息请求和图片请求之间也会相互影响，导致整体应用的响应速度较慢。

采用 HTTP/2 后的优化

将应用的网络请求升级到 HTTP/2 协议后，利用其多路复用特性，图片上传和下载可以在同一连接上并行进行，大大减少了等待时间。同时，头部压缩使得每次请求和响应的数据量减小，进一步提高了传输效率。在使用 AFNetworking 进行优化时，合理设置连接池参数，如最大连接数为 8，确保在多请求情况下资源的有效利用。

NSURLSessionConfiguration *configuration = [NSURLSessionConfiguration defaultSessionConfiguration];
configuration.HTTPMaximumConnectionsPerHost = 8;
AFHTTPSessionManager *manager = [[AFHTTPSessionManager alloc] initWithSessionConfiguration:configuration];

通过这些优化措施，应用的图片加载速度提高了约 30%，用户信息请求的响应时间也缩短了约 20%，整体用户体验得到了显著提升。

性能测试与评估

在 Objective - C 应用中使用 HTTP/2 后，需要进行性能测试与评估，以确定优化效果。

测试工具

可以使用 Xcode 自带的 Instruments 工具来进行性能测试。Instruments 提供了多种性能分析模板，如 Network 模板可以用于分析网络请求的流量、延迟等指标。在应用运行过程中，启动 Instruments 并选择 Network 模板，然后开始录制。通过分析录制的数据，可以了解 HTTP/2 协议在应用中的实际性能表现，如请求响应时间、数据传输量等。

性能指标分析

主要关注以下性能指标：

  1. 响应时间：从请求发出到收到响应的时间。在 HTTP/2 应用优化后，响应时间应该明显缩短，特别是在多请求场景下。
  2. 数据传输量：包括请求和响应的数据量。由于 HTTP/2 的头部压缩，数据传输量应该有所减少，尤其是头部数据的大小。
  3. 连接数：合理的连接数设置可以提高性能。通过性能测试，可以确定在不同请求负载下，最佳的连接数配置。

通过对这些性能指标的分析，可以进一步优化 HTTP/2 在 Objective - C 应用中的使用，确保应用的高效运行。

兼容性与注意事项

在 Objective - C 应用中使用 HTTP/2 时，需要考虑兼容性和一些注意事项。

服务器兼容性

虽然 HTTP/2 已经得到了广泛支持，但仍有部分老旧服务器可能不支持该协议。在开发过程中，需要确保应用能够优雅地降级到 HTTP/1.1 协议，以保证在不支持 HTTP/2 的服务器环境下仍能正常工作。AFNetworking 和 NSURLSession 都能自动检测服务器支持的协议版本并进行相应处理。

客户端系统版本兼容性

在 iOS 平台上，HTTP/2 协议的支持与系统版本有关。iOS 9 及以上版本全面支持 HTTP/2，对于 iOS 9 以下版本的设备，应用需要考虑采用其他兼容方案或提示用户升级系统。在开发时，可以通过检测系统版本来决定是否使用 HTTP/2 相关的优化功能：

if ([[UIDevice currentDevice].systemVersion floatValue] >= 9.0) {
    // 使用 HTTP/2 相关优化
} else {
    // 采用兼容 HTTP/1.1 的方案
}

内存管理

在使用 HTTP/2 进行大量数据传输时，如大文件上传或下载，需要注意内存管理。特别是在使用 AFNetworking 等框架时，要合理设置缓存策略和数据处理方式，避免因大量数据加载导致内存溢出。例如，可以采用分段读取和处理数据的方式，减少内存占用。

总结

在 Objective - C 开发中，合理应用 HTTP/2 协议可以显著提升应用的网络性能。通过了解 HTTP/2 的特性，选择合适的框架如 AFNetworking 或 NSURLSession，并结合性能优化策略、网络安全措施以及兼容性考虑，可以打造出高效、稳定且安全的网络应用。通过实际应用案例分析和性能测试评估，进一步验证了 HTTP/2 在提升应用性能方面的有效性。开发者在开发过程中应充分利用 HTTP/2 的优势，为用户提供更好的使用体验。同时，要密切关注服务器和客户端的兼容性，以及内存管理等问题，确保应用在各种环境下都能稳定运行。