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如何定位并修复 HttpCore5 中的 HTTP2 流量控制问题

发布时间:2022-01-11 点击数:311

开篇吹一波阿里云性能测试服务 PTS[1],PTS 在 2021 年 5 月份已经上线了对 HTTP2 协议的支持(底层依赖 httpclient5),在压测时会通过与服务端协商的结果来决定使用 HTTP1.1 或者 HTTP2 协议。


01

背景

Cloud Native


写这篇文章的原因是某天某个客户找过来,问我们是不是不支持 HTTP2,因为他在 XX 云上购买了 2 个域名,其中一个开启了 HTTP2,而在 PTS 压测过程中,支持 HTTP2 的接口总是报错:

HTTP2错误码

起初怀疑是 HTTP2 支持的问题,通过在本地强制使用 HTTP2 协议,访问淘宝主页,发现是没问题的,怀疑是用户在 XX 云上的配置问题,但紧接着通过在本地 Postman、curl 以及压测引擎强制使用 HTTP1.1 协议时都能够正常访问该网页,意识到大概率是 PTS 引擎侧的问题。


通过本地 debug,看到是因为请求 URL 时,客户端窗口大小被调整为大于 2^32 -1 导致的异常。


客户端窗口大于2^32 -1导致的异常

那正好借这个机会看下这里的窗口大小指的是什么。

02

HTTP2 流控

Cloud Native


提到窗口,就要提到 HTTP2 相比于 HTTP1.1 支持的新特性:流控(Flow Control),其实 HTTP1.1 依赖于传输层 TCP 的滑动窗口一样可以实现流控,那么为什么 HTTP2 要在应用层再实现一个流控呢?原因在于 HTTP2 引入了流和多路复用,通过流控可以达到使多个流协同的效果。

一些流控的基本概念:


  1. 流控是针对连接而言的,不是针对端到端的,而是在两端中的每一跳;主要指有代理的情况下,代理与两端都存在流控
  2. 流控是基于WINDOW_UPDATE 帧的,接收者可以通过流控控制发送者的速度
  3. 流控既可以作用于 stream 也可以作用于 connection
  4. 对于连接与所有新开启的流而言,流控窗口大小默认都是 65535,且最大值为 2^32 - 1
  5. 流控无法禁用

为了便于理解,先简单列一下 HTTP2 帧的类型:

  • DATA:携带请求或响应中的数据
  • HEADERS:用于新建一个流(请求或响应),包含对应的 Headers
  • PRIORITY:用于配置流的优先级
  • RST_STREAM:强制结束某个流,仅用于某一端取消流,并不适用于正常流的结束
  • SETTINGS:H2 建联的一些配置
  • PUSH_PROMISE:服务端推送响应到客户端
  • PING:向远端发送一条 PING,远端必须返回该 PING
  • GOAWAY:用于某一端将要结束连接
  • WINDOW_UPDATE:更新流控窗口大小

  • CONTINUATION:如果 headers 过大,单个 HEADERS 帧难以携带,通过该帧发送额外的 headers

接下来,我们重点看下流控相关的帧,主要是 SETTING 与 WINDOW_UPDATE,在连接建立时会通过 SETTINGS 帧来调整对方的窗口大小,之后在传输过程中,窗口大小会随着数据的发送逐渐减小,直到收到对方发送的 WINDOW_UPDATE 帧,从而更新窗口大小。SETTINGS 帧主要包含以下内容:

  • SETTINGS_HEADER_TABLE_SIZE:HPACK(一种header压缩算法) header 表的最大长度,默认值 4096
  • SETTINGS_ENABLE_PUSH:客户端发向服务端的配置,若设置为 true,客户端将允许服务端推送响应,默认值 true
  • SETTINGS_MAX_CONCURRENT_STREAMS:同时打开的 stream 最大数量,通常意味着同一时刻能够同时响应的请求数量,默认无限
  • SETTINGS_INITIAL_WINDOW_SIZE:流控的初始窗口大小,默认值 65535
  • SETTINGS_MAX_FRAME_SIZE:对端能够接受帧的最大长度,默认值16384
  • SETTINGS_MAX_HEADER_LIST_SIZE:对端能够接受的 header 列表最大长度,默认不限制

流控的实现如上所述,每发送一批 DATA 帧,即将窗口大小减小。需要注意的是流控仅针对 DATA 帧。

connection 与 stream

前面提到流控既可以作用于 stream 又可以作用于 connection,那具体是怎么执行的呢?connection 的流控与 上述 stream 流控逻辑类似,每次发送 DATA 帧,connection 与 stream 窗口都会减小,但不同的是,WINDOW_UPDATE 要么单独作用于 stream,要么单独作用于 connection(streamid 为 0 时,表示作用于 connection)。


03

问题定位

Cloud Native


那么回到开篇的问题,我们以 URL https://www.sysgeek.cn/ 为例,通过在本地做代码 debug 发现,最终抛异常的原因在于接收到 WINDOW_UPDATE 帧后,更新后窗口大小值大于 2^32 - 1 导致抛异常:

WINDOW_UPDATE

而从这里的代码可以看出,524288 是当前窗口大小,而delta是对方告知的 WINDOW_UPDATE 大小,通过分析,发现 524288 这个值不同于默认值 65535,那继续看这个值是什么时间改动的:

SETTINGS 指令

发现是接收 SETTINGS 指令后,初始化窗口大小时修改的,但这里与 RFC 7540 [2]的描述(connection 窗口大小仅在接收到 WINDOW_UPDATE 后才可能修改)是冲突的:

httpcore5 的源代码

因此我们断定是 httpcore5 的源代码有 bug,在删除标记的这行代码后,请求可以正常执行了。

遗憾的是在准备给 httpcore5 提 PR 的过程中发现这个 bug 已经在 commit 中被修复了。