HTTP和TCP协议的队头阻塞

队头阻塞（Head-of-line blocking）其实有两种，一种是 TCP 队头阻塞，另一种是 HTTP 队头阻塞，而这两者之前其实还存在一定的联系，毕竟 HTTP1/2 是建立在 TCP 协议之上的应用层协议，另外还有HTTP3对队头阻塞的解决。

1、HTTP/1.x 的队头阻塞

HTTP/1.x 有个问题叫队头阻塞，即一个连接同时只能有效地承载一个请求。

问题：HTTP/1.1 是一个纯文本协议，它只在有效荷载（payload）的前面附加头（headers），在资源块（resource chunks）之间不使用分隔符。它不会进一步区分单个资源与其他资源。HTTP 规定报文必须是“一发一收”，这就形成了一个先进先出的串行队列。

“请求 - 应答”模式则加剧了 HTTP 的性能问题，这就是著名的“队头阻塞”（Head-of-line blocking），当顺序发送的请求序列中的一个请求因为某种原因被阻塞时，在后面排队的所有请求也一并被阻塞，会导致客户端迟迟收不到数据。

比如：当浏览器发送给服务器的资源包括：js（大资源块）、css（小资源块）等内容，但是服务器不能对他们进行分块解析，就会导致需要等到js块解析完毕后，才去解析css块。

一种解决办法，浏览器打开许多并行TCP连接，但这既不高效，也不可扩展。

2、TCP传输层队头阻塞 

TCP 是面向连接的、可靠的流协议，其为上层应用提供了可靠的传输，保证将数据有序并且准确地发送至接收端。为了做到这一点，TCP采用了“顺序控制”和“重发控制”机制，另外还使用“流量控制”和“拥塞控制”来提高网络利用率。

应用层（如HTTP）发送的数据会先传递给传输层（TCP），TCP 收到数据后并不会直接发送，而是先把数据切割成 MSS 大小的包，再按窗口大小将多个包丢给网络层（IP 协议）处理。

IP 层的作用是“实现终端节点之间的通信”，并不保证数据的可靠性和有序性，所以接收端可能会先收到窗口末端的数据，这个时候 TCP 是不会向上层应用交付数据的，它得等到前面的数据都接收到了才向上交付，所以这就出现了队头阻塞，即队头的包如果发生延迟或者丢失，队尾必须等待发送端重新发送并接收到数据后才会一起向上交付。 

即：如果一个 TCP 包丢失，所有后续的包都需要等待它的重传，即使它们包含来自不同流的无关联数据。

当然 TCP 有快重传和快恢复机制，一旦收到失序的报文段就立即发出重复确认，并且接收端在连续收到三个重复确认时，就会把慢开始门限减半，然后执行拥塞避免算法，以快速重发丢失的报文。

3、HTTP/2（基于 TCP）的队头阻塞

使用 SPDY协议 作为 HTTP/2 的起点，并使用多路复用（单个连接上可以进行并行交错的请求和响应，之间互不干扰），解决了队头阻塞的问题，不过 TCP 本身的队头阻塞是无法避免的，而且对其影响更大，因为多个同域名的请求都只会使用同一个 TCP 连接，不会有多个并行连接。

目标：回到单个 TCP 连接，正确地复用资源块，解决http队头阻塞问题。

解决方案：在资源块之前添加了数据帧（DATA frame），标识每个资源块属于哪个“流”（stream）。这些数据帧主要包含两个关键的元数据。

首先：下面的块属于哪个资源。每个资源的“字节流（bytestream）”都被分配了一个唯一的数字，即流id（stream id）。

第二：块的大小是多少。

这样报文到达服务端之后，服务端应用可以区分哪些属于同一个资源快，进而可以进行复用。即：解决了“应用层”队头阻塞。

4、HTTP/3（基于 QUIC）的队头阻塞

由于tcp本身的限制，难以对其进行改变，使其具有”流“的意识。

选择的替代方法是以 QUIC 的形式实现一个全新的传输层协议。它运行在不可靠的 UDP 协议之上。但它包括 TCP 的所有特性（可靠性、拥塞控制、流量控制、排序等），且集成了TLS，不允许未加密的连接。故创建了 HTTP/3，运行在QUIC协议上。