Go 1.12 TLS 1.3 简单测试

《TLS 1.3 当前(2018.10)支持与部署之现状》中,我们提到 Go 将在 1.12 中支持 TLS 1.3. 作为一个 Gopher, 终于在前几天盼来了 golang 1.12 的发布。

但是从 release 日志看,本次对选择性的部分支持 TLS 1.3, 且默认处于关闭状态:

Go 1.12 adds opt-in support for TLS 1.3 in the crypto/tls package as specified by RFC 8446. It can be enabled by adding the value tls13=1 to the GODEBUG environment variable. It will be enabled by default in Go 1.13.

如果要开启 TLS 1.3, 需要设置环境变量:GODEBUG=tls13=1.

本次发布的 TLS 1.3 的 cipher suite 无法配置,也不支持 0-RTT 模式:

TLS 1.3 cipher suites are not configurable. All supported cipher suites are safe, and if PreferServerCipherSuites is set in Config the preference order is based on the available hardware.

Early data (also called “0-RTT mode”) is not currently supported as a client or server.

要知道,没有 0-RTT 的 TLS 1.3 是没有灵魂的,对本次版本的失望那是肯定的。但是依然在第一时间升级了 Go 版本,简单测试了一下国内网络环境下 TLS 1.3 与 1.2 的握手延迟。如果对 TLS 1.3 握手延迟还不太熟悉,可以参见拙文《TLS1.3/QUIC 是怎样做到 0-RTT 的》 以及 TLS 1.3 Handshake Protocol.

测试代码

需要说明的是,这个测试是不严谨,里面没有考虑 cipher suite 以及 early data 的差异。测试结果定性意义大于定量意义。

测试结果

测试使用的目标服务器地址是 blog.cloudflare.com:443, 我的网络环境下,ping 延迟为 226 ms (1-RTT).

从结果看,有如下结论:

  1. TLS 1.3 平均比 TLS 1.2 建立连接的延迟低约 1-RTT, 跟理论分析是吻合的。但是,
  2. 从 max 项可以看出,部分时候国内到目标服务器网络不稳定带来的波动比 TLS 本身协议优化的 RTT 大的多。因此,稳定高延迟的网络链路有时候比低延迟高抖动的网络更有实际意义。
  3. TLS 建立在 TCP 基础上,TCP 的握手延迟在 TLS 层面是优化不掉的,或者说不是 TLS 的管辖范围,因此,在允许的情况下,尽量复用连接。

你需要关注的 Java Enum 枚举的几个细节

枚举是一个非常古老的语言特性,用来实现具名的有限集合,在 C/C++ 中使用广泛。而 Java 在 Java SE5 才引入枚举。也许语言设计者觉得既然是后引入该特性,那么一定要在这个特性上支持比其他语言更多的特性。这些特性的确让 Java 的枚举功能看起来更加“成熟”,同时也引入了一些复杂性,需要开发者关注。

枚举是一个不能继承的常规类

定义一个一周七天的枚举类型:

编译成 class 文件后反编译查看:

从反编译结果可知:

  1. 枚举类型的关键字 enum 其实只是一个语法糖,编译器最终把它转化为一个final类,因此枚举是不可继承的。
  2. 枚举类型都继承自 java.lang.Enum 类。
  3. 枚举的每一个取值被编译器传化为了一个个 static final 属性。
  4. 本质上,这就是一个普通类,因此你可以在枚举是添加各种方法,甚至是main方法。

神奇的 values() 方法

从上面我们可以看出枚举类型被添加了一个静态的 values() 方法,但是 java.lang.Enum 并没有该方法。其实,这个方法是编译器添加的。通过这个方法可以获取到该枚举类型的所有取值。这个方法在需要遍历枚举取值,进行判断筛选的场景非常有用,可参考下例的 getByZhName 方法。

在枚举中保存其他信息

在 C 中,枚举可以简单的理解为具名的整型子集。Java 扩展了这个属性,使得可以在枚举中保存其他信息。

定义一个水果枚举类,并包含中文信息:

使用这种方式定义枚举的方式需要注意:该枚举必须含有一个构造函数,且该构造函数必须是私有的。因为枚举就是常规类,而枚举对象就是具体的枚举实例,因此枚举有多少个取值,该构造函数就会被调用多少次:

使用 EnumSet 和 EnumMap 提供性能

如果要在把枚举使用在 Set、Map 等集合场景,请使用 EnumSetEnumMap。 EnumSet 使用了 bit vector 来标记元素,EnumMap 内部将 Map 实现简化为了数组,因此可以获得更好的性能。

小结

Java 的枚举语言特性作为一个后来者,的确带来了更加“成熟”和“丰富”的实现。但是,这些丰富的特性是否一定要在日常的项目中使用,我个人是不推荐的。就我个人理解,枚举最大的优点是类型和有限集合的约束,从而增强代码的一致性。因此,我提倡在项目代码中用 C 的枚举风格来使用 Java 枚举。此外,枚举并不是编程语言必须支持的特性,比如近段时间如日中天的 Golang 是不支持枚举的。既然是一个可有可无的语言特性,那就 use is as simple as possible 吧。

扩展阅读

Java 语言中 Enum 类型的使用介绍
Java中的枚举与values()方法

HTTP/3 已经箭在弦上,你准备好了吗?

去年的这个时候,国内的 web 网络环境开始普及和部署 HTTP/2. 时隔一年,HTTP/2 的普及程度有了显著提升,而各大CDN厂商普及的广度和速度一直走在行业前列。甚至有不少CDN厂商在直播以及部分HTTP场景还引入了 QUIC.

在拙文《当我们在谈论HTTP队头阻塞时,我们在谈论什么?》中,我们提到,HTTP/2 over QUIC 是当前唯一应用落地解决了传输层队头阻塞问题的HTTP实现。那个时候,无论是 HTTP/2 over TCP 还是 HTTP/2 over QUIC(UDP) 都被我们认为是 HTTP/2,只是传输层使用的协议不一样。这种略带暧昧的模糊叫法在2018年11月成为了历史:

在2018年10月28日的邮件列表讨论中,互联网工程任务组(IETF) HTTP和QUIC工作组主席Mark Nottingham提出了将HTTP-over-QUIC更名为HTTP/3的正式请求,以“明确地将其标识为HTTP语义的另一个绑定……使人们理解它与QUIC的不同”,并在最终确定并发布草案后,将QUIC工作组继承到HTTP工作组。在随后的几天讨论中,Mark Nottingham的提议得到了IETF成员的接受,他们在2018年11月给出了官方批准,认可HTTP-over-QUIC成为HTTP/3。

虽然看起来像是之前的 HTTP/2 over QUIC 换了一个名称(从我个人角度理解,取名为 HTTP/2.1也许更合适),但是其背后却体现了 IETF 对 HTTP 未来标准的态度和方向,也许几年以后来看这次名称的确立会更加明白其重要意义。

HTTP/3 与 HTTP/2 over QUIC 的区别

QUIC 将成为一个通用安全传输层协议

当前阶段,Google 实现的 QUIC 与 IETF 实现的 QUIC 是不兼容的。Google 版 QUIC 只能用于 HTTP/2,且在协议层面与 HTTP/2 有一些强绑定。如 QUIC 帧映射 HTTP/2 frame. 这就导致很多大厂都没有跟进 QUIC,使得 HTTP/2 over QUIC 基本只能在 Google 自家的 Chrome, Gmail 等软件中普及使用,一度给行业造成“只有Google在弄”的错觉。

纳入 IETF 以后,显然 Google 就不能这么玩了。QUIC 定位为一个通用安全传输层协议:

可以近似的认为 QUIC over UDP 将成为下一代(或替代)TLS over TCP. 也就是说, QUIC 将能应用于任何应用层协议中,只是当前阶段将优先在 HTTP 中进行应用和验证。

统一使用 TLS 1.3 作为安全协议

2018年,有几个重要的WEB标准终于尘埃落定,其中一个便是 RFC 8446 TLS 1.3. 这个标准对于降低延迟,改善用户体验,尤其是移动端的体验有非常重要的意义。在拙文《TLS1.3/QUIC 是怎样做到 0-RTT 的》中,我们提到 虽然 TLS 1.3和 QUIC 都能做到 0-RTT,从而降低延迟,但是 QUIC 却自顾自地实现了一套安全协议。主要是因为当时 TLS 1.3 标准还没有发布,而 QUIC 又需要一套安全协议:

The QUIC crypto protocol is the part of QUIC that provides transport security to a connection. The QUIC crypto protocol is destined to die. It will be replaced by TLS 1.3 in the future, but QUIC needed a crypto protocol before TLS 1.3 was even started.

如今,TLS 1.3 标准已经发布,而 HTTP/3 也纳入 IETF,因此 QUIC 也就顺理成章的使用 TLS 1.3 作为其安全协议。Google 在这些方面倒是从来都不鸡贼和墨迹,点赞。

使用 QHPACK 头部压缩代替 HPACK

其实,QPACK与HPACK的设计非常类似,单独提出QPACK主要是更好的适配QUIC,同时也是 Google 将 QUIC 从与 HTTP/2 的耦合中抽离出来,与 IETF 标准完成统一的必要一步。

HTTP/3 问题与挑战

UDP 连通性问题

几乎所有的电信运营商都会“歧视” UDP 数据包,原因也很容易理解,毕竟历史上几次臭名昭著的 DDoS 攻击都是基于 UDP 的。国内某城宽带在某些区域更是直接禁止了非53端口的UDP数据包,而其他运营商及IDC即使没有封禁UDP,也是对UDP进行严格限流的。这点上不太乐观,但是我们相信随着标准的普及和推广落地,运营商会逐步改变对UDP流量的歧视策略。国外的情况会稍好一些,根据Google的数据,他们部署的QUIC降级的比例不到10%。

QUIC 不支持明文传输

对于用户来说,这是一个优势,并不是问题。对于国内内容审查环境来说是个不可忽视的坎。但QUIC以后毕竟也是基于TLS协议的,国内HTTPS都能普及下来,QUIC的普及也许会更乐观一些。

UDP 消耗资源多

当前阶段,UDP消耗的CPU资源多,且处理速度慢。这是不争的事实,但是我相信随着UDP应用的增多,内核和硬件的优化一定会跟上,直至达到或超过TCP的性能。而 QUIC 因为实在应用层实现,因此迭代速度更快,部署和更新难度和代价更小,能够一定程度缓解如TCP那样的协议僵化问题。

进一步了解 HTTP/3

如果希望全面的了解 HTTP/3,推荐 Daniel Stenberg (CURL 作者)的 HTTP/3 explained, 如果不想看英文,可以翻阅 Yi Bai 同学翻译了中文版本HTTP/3详解