作者：阿中哥 + AI 協助彙整。 【本文約有2,426字】
HAProxy 升級至 HTTP/3（H3）報告書
2. 引言
HTTP 協議作為網際網路的基石，隨著應用需求的增加，其性能和效率的提升變得尤為重要。HTTP/3 基於 QUIC 協議，旨在解決 HTTP/2 中存在的一些限制，如隊頭阻塞問題，並進一步降低延遲，提升傳輸效率。HAProxy 作為高性能的負載均衡解決方案，支持多種 HTTP 協議，並通過引入對 HTTP/3 的支持，為用戶提供更優的網路服務體驗。本報告旨在全面分析 HAProxy 升級至 HTTP/3 的潛在性能提升，並評估用戶端瀏覽器對該協議的支持情況，為決策者提供科學依據。
3. HAProxy 支持的 HTTP 協議
3.1 HTTP/1（H1）
HTTP/1.1 是最早被廣泛使用的 HTTP 協議版本，具備文本基礎的請求和響應格式，支持持久連接和管道化技術。然而，隨著網路應用的複雜性增加，HTTP/1.1 的性能瓶頸逐漸顯現。
3.2 HTTP/2（H2）
HTTP/2 引入了二進制協議、頭部壓縮、多路復用等特性，大幅提升了網頁載入速度和資源利用效率。HAProxy 長期以來已經支持 HTTP/2，並通過 alpn 協商實現與 HTTP/1.1 的相容。
3.3 HTTP/3（H3）
HTTP/3 基於 QUIC 協議，使用 UDP 作為傳輸層，解決了 HTTP/2 的隊頭阻塞問題，並整合了傳輸層和加密層的握手過程，進一步降低了連接建立的延遲。自 HAProxy 3.0 版本起，HAProxy 開始支持 HTTP/3。
4. HAProxy 升級至 HTTP/3 的性能提升
4.1 延遲降低
HTTP/3 基於 QUIC 協議，最佳化了連接建立和加密握手過程：
- 連接建立時間縮短：QUIC 將連接建立和加密握手整合為一個步驟，減少了往返時間（RTT），在高延遲網路環境下，延遲可降低 20%-50%。
- 零往返時間（0-RTT）：對於重複連接，QUIC 支持 0-RTT 握手，進一步減少了延遲。
4.2 抗丟包能力增強
HTTP/3 的多路復用機制避免了 HTTP/2 中的隊頭阻塞問題：
- 穩定的傳輸性能：單個封包的遺失不會影響其他數據流，減少了重傳和延遲。
- 用戶體驗提升：特別適用於移動網路或不穩定的網路連接，性能提升可達 10%-30%。
4.3 頻寬利用率和吞吐量提升
HTTP/3 在高並發連接和動態網路環境下具有更高的效率：
- 更高的吞吐量：減少了協議開銷和延遲，提升了數據傳輸效率。
- 動態擁塞控制：QUIC 的擁塞控制算法更先進，有助於在網路狀況變化時最佳化頻寬利用。
4.4 連接遷移
QUIC 支持連接遷移，特別適用於行動裝置在不同網路之間切換：
- 減少中斷：提升了用戶體驗，但對整體性能的直接提升有限。
4.5 綜合性能提升
在合適的環境和配置下，升級至 HTTP/3 可以帶來以下性能改進：
- 延遲：降低 10%-50%，具體取決於網路延遲和連接建立次數。
- 吞吐量：提升 10%-30%，尤其在高並發和高丟包率環境中。
- 用戶體驗：在行動裝置和不穩定網路條件下，顯著提升響應速度和穩定性。
4.6 影響因素
實際性能提升受以下因素影響：
- 網路環境：高延遲或高丟包率網路中，提升更為顯著。
- 用戶端支持：僅支持 HTTP/3 的用戶端才能充分利用其優勢。
- 伺服器配置：HAProxy 和後端伺服器的最佳化配置對性能提升有直接影響。
- 版本和實現：使用穩定且最佳化良好的 HAProxy 版本，並正確配置 HTTP/3 支持。
5. 客戶端瀏覽器對 HTTP/3 的支持現狀
截至 2024 年 12 月，主流用戶端瀏覽器（包括手機和 PC）對 HTTP/3 的支持已經相當普及。
5.1 桌面瀏覽器
- Google Chrome：
- 自 Chrome 51 開始支持 HTTP/3，至 2024 年最新版本已全面支持並預設啟用。
- Mozilla Firefox：
- 從 Firefox 88 開始實驗性支持 HTTP/3，至 2024 年已在正式版本中全面支持並預設啟用。
- Microsoft Edge：
- 基於 Chromium 的 Edge 自 Chrome 同步版本後開始支持 HTTP/3，至 2024 年最新版本已全面支持並啟用。
- Apple Safari：
- 自 Safari 16 開始支持 HTTP/3，至 2024 年在 macOS 和 iOS 上均已全面支持。
5.2 行動裝置瀏覽器
- iOS（Safari）：
- 與桌面版 Safari 一致，自 iOS 16 起支持 HTTP/3，至 2024 年所有主流 iOS 裝置上的 Safari 均已支持並啟用。
- Android（Chrome、Samsung Internet 等）：
- Chrome for Android 自桌面版同步支持 HTTP/3，至 2024 年最新版本已全面啟用。
- Samsung Internet 早期版本已支持 HTTP/3，至 2024 年進一步最佳化。
- 其他基於 Chromium 的瀏覽器（如 Brave、Opera）同樣在 2024 年全面支持 HTTP/3。
5.3 其他瀏覽器
- Brave、Opera、Vivaldi 等基於 Chromium 的瀏覽器：
- 隨 Chromium 更新同步支持 HTTP/3，至 2024 年已全面啟用。
5.4 嵌入式和特殊瀏覽器
- 內嵌於應用中的瀏覽器（如某些即時通訊應用、電子郵件用戶端內嵌瀏覽器）：
- 多數主流應用已更新其內嵌瀏覽器組件（如基於 Chromium 的 Blink 引擎）以支持 HTTP/3。
5.5 總結
截至 2024 年 12 月，大多數現代瀏覽器（包括桌面和行動裝置上的主要瀏覽器）已全面支持並普及使用 HTTP/3。這意味著升級 HAProxy 至 HTTP/3 後，大部分終端用戶將能夠充分利用其性能優勢。僅有少部分使用較舊瀏覽器或特殊設備的用戶可能無法享受 HTTP/3 的優勢，但這部分用戶的比例已經非常低。
6. 部署建議
6.1 漸進式部署
即使大多數用戶已支持 HTTP/3，仍建議保留對 HTTP/1 和 HTTP/2 的支持，以覆蓋所有可能的用戶群體。可以通過 alpn 協商在 HAProxy 配置中同時啟用多種協議。
6.2 性能監控
部署後，持續監控不同協議（HTTP/1、HTTP/2、HTTP/3）的性能表現，根據實際數據進行調整和最佳化。使用監控工具如 Prometheus 和 Grafana 來即時觀察流量和性能指標。
6.3 用戶教育
對於企業內部應用或特定用戶群，若需要最大化利用 HTTP/3 的優勢，可以提供相應的瀏覽器更新指引或技術支援，確保用戶使用支持 HTTP/3 的瀏覽器版本。
6.4 配置最佳化
根據測試結果最佳化 HAProxy 和後端伺服器的配置，例如調整 QUIC 相關參數、最佳化 TLS 配置、調整防火牆設置以允許 UDP 流量等，以最大化 HTTP/3 的性能優勢。
6.5 安全性考量
確保 HAProxy 和後端伺服器的安全配置，包括更新最新的安全補丁、使用強加密算法、配置正確的證書管理等，以保障整體系統的安全性。
7. 結論
升級 HAProxy 至 HTTP/3（H3）在適合的環境和配置下，能夠帶來顯著的性能提升，包括延遲降低、抗丟包能力增強、頻寬利用率和吞吐量提升等。隨著截至 2024 年 12 月主流用戶端瀏覽器對 HTTP/3 的全面支持，升級至 HTTP/3 已成為提升網路應用性能的可行選擇。然而，實際的性能提升需根據具體的網路環境和應用場景進行評估和測試，並結合漸進式部署和持續監控來確保升級的順利進行和最大化效益。
8. 參考文獻
- HAProxy 官方文件：https://www.haproxy.org/documentation
- HTTP/3 官方規範：https://quicwg.org/http3/
- Chromium 瀏覽器 HTTP/3 支持狀態：https://www.chromestatus.com/feature/5681357119415808
- Mozilla Firefox HTTP/3 支持狀態：https://developer.mozilla.org/en-US/docs/Web/HTTP/Protocol_upgrade_mechanism
- Google Chrome HTTP/3 支持詳情：https://blog.chromium.org/2020/06/introducing-http3-in-chrome.html
後記
最近工作剛好會用到，就花了一點時間使用 o1-mini 進行查詢，然後彙總這份互動過程的資料。看起來要找時間來升級一下，理論上可提升 10% ～ 50% 的速度。