队头阻塞其实有两种，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 HTTP 是建立在 TCP 协议之上的应用层协议。

1 TCP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“序号”和“重传”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。
image.png

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接收窗口末端的数据，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

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。

除了队头阻塞会影响传输速度，TCP 的三次握手、四次挥手以及延迟确认应答和Nagle算法等也会带来一定的延迟。

2 HTTP队头阻塞

HTTP 有多个版本，这里要分开讨论。

1 HTTP/1.0

  • 这是第一个得到广泛使用的HTTP版本，其添加了版本号，各种 HTTP 首部、一些额外的方法，以及对多媒体对象的处理。
  • HTTP/1.0 使用 并行连接，通过多条 TCP 连接发起并发的 HTTP 请求，浏览器限制并行连接数通常为4个。

image.png

  • 由于多个请求是由多个 TCP 连接并行处理的，各个请求之间互不影响，所以并没有队头阻塞的问题
  • 当然如果请求数超过4个，那后面的请求是要排队等待的
  • 也会受到 TCP 队头阻塞的影响。

2 HTTP/1.1

1 持久连接

  • 实际上在HTTP/1.0中就可以实现持久连接，但并不是默认设置，HTTP/1.1开始持久连接是默认设置
  • 持久连接，即重用 TCP 连接，以消除每个连接都需要进行TCP的握手同步阶段

image.png

  • HTTP/1.1也会启用多个并行连接，对于同一个连接里的多个请求，后面的请求会受到前面的影响，也就是有队头阻塞的问题

只不过对于同一个连接里的多个请求，其只有第一个要进行三次握手，后面的请求都不需要了，所以要比 HTTP/1.0 快

  • 当然HTTP/1.1还会受到 TCP 本身队头阻塞的影响

2 管线化技术

  • 使用持久连接后，使得管线化技术成为可能
  • HTTP管线化（HTTP pipelining）是将多个HTTP请求（request）整批提交的技术，而在发送过程中不需先等待服务器的回应

image.png

  • 多个并行请求间是不会有队头阻塞问题的，但是非并行的请求间仍然有队头阻塞问题
  • TCP 队头阻塞同样会影响它。

3 HTTP/1.1顺序发送的原因

  • 无论是否使用管线化技术，HTTP/1.1中，共享同一TCP连接的HTTP报文总是先请求，在收到响应后才能再发起请求，即顺序发送，造成这一情况的原因是TCP粘包问题

  • 由于 TCP 是面向流的协议，发送端多次发送的数据传送到接收端后，数据有可能是黏在一起的，也就是常说的 TCP黏包。严格来说这不是一个问题，因为这就是它要做的事。

  • 当多个请求使用同一个连接时，他们的数据是连接在一起的，HTTP 使用 Content-Length首部 来区分数据长度，另外还有一种方法是使用 chunked 编码（分块传输编码），说白了就是在数据末尾加上一个结束的标识符来进行区分。

  • 由于TCP是不会给你区分数据是来自哪一个请求的，HTTP/1.1 的解决办法是按顺序发送，并且按顺序返回。比如先发送了 A 请求之后再发送 B 请求，那么服务端一定要先返回 A 请求的数据，即使 B 请求已经处理完了，这样就做到了请求的区分，由此也带来了队头阻塞的问题。

    3 HTTP/2.0

  • HTTP/2.0使用 SPDY协议 作为起点，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

image.png

  • 之所以HTTP/2.0在同一个TCP上的多个请求可以相互交错，是因为每个请求的数据都是被单独放在不同帧里的，每个帧都有一个流标识号，同一个请求可能会有多个帧，共同组成同一个流。

实际发送的帧数据，通过流标识号可以区分是哪一个请求，从而解决了必须顺序发送问题，进而解决了 HTTP 队头阻塞

  • HTTP/2.0仍然无法避免TCP本身的队头阻塞问题，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。

4 HTTP/3

可以看到上面不管是持久连接还是多路复用，都会受到 TCP 队头阻塞的影响，所以HTTP/3直接弃用 TCP 协议，改用基于UDP协议的QUIC协议来实现。
image.png