关于队头阻塞的一些笔记

一、队头阻塞（Head-of-Line Blocking，HOL）

看到队头，联想到了数据结构课程中学到的队列，队列的一个特点就是FIFO（First In First Out），即先进入队列的数据先出队列。所以，队头阻塞可以理解为，处在队头的数据没有成功退出队列，从而阻塞了之后的数据，使它们无法退出队列。

二、HTTP/1.1队头阻塞

1. 造成队头阻塞的原因：HTTP/1.1协议规定只有上一个请求得到响应后，才允许发出下一个请求。这暗示了响应的顺序需要与请求的顺序一致。

2. 请求阻塞
   （1）考虑以下场景：
   客户端访问某一页面时，需要script.js和style.css文件。客户端按照先请求script.js，后请求style.css的顺序向服务端发起HTTP请求。假设客户端发起的script.js请求为 请求一，发起的style.css请求为请求二。考虑两种情况：
   情况一： 客户端发送请求一之后，一直未收到响应，由于HTTP/1.1的规定，请求二也就无法发出，这就导致了请求二被阻塞。
   情况二： 请求一的数据很大，导致时间过长，同样导致请求二被阻塞。
   （2）解决方法：HTTP/1.1中可以应用管道技术来解决请求阻塞问题。
   管道（Pipelining）技术，在同一个TCP连接中可以发送多个HTTP请求而不用等待上一个请求返回数据后，再发送下一个请求。虽然可以同时发送多个HTTP请求，但是服务器响应是按照请求的顺序进行响应的。

3. 响应阻塞
   （1）考虑以下场景：
   在应用管道技术解决请求的阻塞问题后，客户端发送的请求不会被阻塞，但是服务器端需要按照请求的顺序发送响应数据包，假设服务器发送的script.js响应为响应一，发送的style.css响应为响应二同样考虑两种情况：
   情况一： 服务端发送的响应一未到达客户端，那么客户端即使收到响应二也无法处理，这就导致响应二被阻塞。
   情况二： 响应一的数据过大，发送响应一的时间过长，同样导致响应二被阻塞。
   
   （2）解决方法：可以应用多路复用（Multiplexing） 技术来解决HTTP/1.1的队头阻塞问题，但是由于HTTP/1.1中，使用Content-Length字段来确定一个HTTP数据包的开始和结束，所以HTTP/1.1无法应用多路复用技术。因此，HTTP/2诞生了。

三、HTTP/2的多路复用技术

1. 多路复用（Multiplexing）： 在同一个TCP连接中，可以发送多个HTTP请求，而且请求的响应不依赖于前一个请求。每个请求单独处理，不会出现HTTP/1.1中上一个请求没有回应便一直等待的情况。
2. 原理： HTTP/2将每个HTTP数据包放在一条流中，并为每条流定义了一个流ID，且会记录每个TCP数据包中流数据的长度。

三、TCP的队头阻塞

由于上层协议对TCP是透明的，TCP无法感知上层协议数据的含义，同时，TCP有确认重传机制，这导致如果丢失一个TCP数据包，则后面的数据包就无法被接收处理，导致数据包的阻塞。为了解决TCP的队头阻塞问题，QUIC+HTTP/3诞生了。（关于QUIC的内容请查看后续文章）

参考文章

Head-of-Line Blocking in QUIC and HTTP/3: The Details