深入浅出了解华为云 API 网关的 Gzip 功能

Gzip 是什么

Gzip 是一种用于数据压缩的编码格式，经常被使用在基于 HTTP 协议的网络传输中。Gzip 功能允许服务器在传输数据是对其进行压缩，从而减小传输的数据量，加快页面加载速度，这对于节省带宽和提高用户体验非常有用。本文将从 Gzip 使用场景、Gzip 原理、Gzip 在 nginx 中的应用以及华为云 API 网关的 Gzip 功能实现几个方面介绍 Gzip。

Gzip 使用场景****

Gzip 能够提升传输速度和降低带宽消耗，因此适合应用 Gzip 的场景有很多。

网页传输：在 web 开发中，使用 Gzip 可以减小文件大小，从而加快页面加载速度。

移动应用通信：在移动应用中，使用 Gzip 可以降低移动网络的数据消耗，加快数据传输速度，提升用户体验。

文件备份和传输：在进行文件备份或者文件传输时，使用 Gzip 可以减小备份文件的大小，节省存储空间和传输带宽。

网络传输限制：在网络带宽受限的环境下，使用 Gzip 可以减小数据传输量，提升网络性能。

API 通信：对于 RESTful API 或其他数据接口的传输，使用 Gzip 可以降低传输的数据量，减少对网络带宽的占用，提升响应速度。

Gzip 原理****

gzip 使用 deflate 算法进行压缩。其原理主要包括 LZ77 算法以及 Huffman 编码（哈夫曼编码）。

LZ77 算法

LZ77 算法是将重复字符串替换为长度距离对来达到压缩的目的。长度是重复字符串的长度，距离是重复字符串与第一个出现该字符串的距离，下图是一个简单的示例：

在 LZ77 算法中，主要运用了基于滑动窗口的字典压缩算法。首先是滑动窗口：

以上图为例，一开始，查找区是没有字符的。滑动窗口从 K 开始移动，依次在查找区尝试查找当前指向字符及之后字符的最长匹配，直到滑动窗口区不再有字符为止。这里就涉及到另外一个问题了，如何在查找区中快速的找到与滑动窗口中匹配的字符，LZ77 显然不会采取暴力遍历查找的方法，通常使用哈希数组来实现字典的快速搜索。在哈希数组中有两个数组，一个数组用来存放最新重复字符串的哈希地址，一个数组用来解决哈希冲突。具体以下图为例进行说明：

当第一次扫描 ABC 时，对应数组 1 中 4 号位置为空，因此不用转化为长度距离对。当第二次扫描到 ABC 时，对应数组 1 中 4 号位置存放的是 1，于是将 4 号位置替换为 6，再将 1 放置在数组 2 中的 6 号位置，此时数组 2 的 6 号位置存放的是 1，对当前字符串后的字符继续和 1 位置对应字符后的字符继续进行匹配，记录最长匹配字符长度。然后在数组 2 中查找 1 号位置，如果为空则结束匹配，最后将匹配到的最长字符替换为长度距离对。

Huffman 编码

Huffman 编码的原理是基于哈夫曼树。哈夫曼树是一种最优二叉树，是一种带权路径长度最短的二叉树。

以下是哈夫曼树的构造过程：

假设有 A、B、C、D、E 五个字母，他们对应出现的次数分别为 5，6，8，12，20

构造哈夫曼树的基本流程：将 A、B、C、D、E 看作是只有一个结点的树，其中出现的次数作为他们的权值。将权值和最小的两个数进行合并称为一个新树，权值较小的树作为左子树，权值较大的树作为右子树，新树的根结点权值为两子树之和，然后将新树也加入到树的集合中，重复上述流程知道又有一棵树为止。

针对哈夫曼树编码， 左分支为 0，右分支为 1。可得出 A、B、C、D、E 的编码如下：

从最后的编码来看，出现次数最多的 E 的编码长度比出现次数较少的 A 或 B 要少。最终频率高的字符会使用较短的编码，频率低的字符会使用较长的编码，总体的编码长度就会变小，从而达到压缩的结果。

Gzip 在 Nginx 中的应用****

Nginx 作为当下很流行的开源网页服务器和反向代理服务器，原生支持了 Gzip 的功能。但是在 Nginx 中 Gzip 功能默认是不开启，需要在配置文件中配置相关指令才可以开启 Gzip 功能。常见的配置项如下：

华为云 API 网关的 Gzip 功能****

华为云 API 网关(APIG)为企业和开发者提供的高性能、高可用、高安全的云原生网关服务，融合安全、负载均衡、流量入口治理、微服务流量治理、运维等多项能力，也支持 Gzip 压缩功能。用户可以通过一键式开关控制 Gzip 功能的开启。同时 APIG 还开放了压缩等级，用户可以通过配置不同的压缩等级，根据自己的需求对 Gzip 功能进行性能调优。当一个客户端发送一个 HTTP 请求时，需要包含一个 Accept-Encoding 头部用来指示客户端支持的压缩算法。APIG 会根据 GZIP 开关来判断是否进行压缩。在开关开启的状态下，APIG 会将响应内容压缩，然后将压缩后的响应发送给客户端(如果客户端已经进行 Gzip 压缩，那么 APIG 将不会进行二次压缩)。客户端收到响应后，会根据响应头部的 Content-Encoding 字段判断是否经过了压缩。如果响应被压缩了，客户端会进行解压缩，以获取原始的内容。

可以参考以下步骤打开 Gzip 开关及设置压缩等级：

打开华为云 APIG 控制台，依次进入实例管理-->配置参数，在页面列表中找到参数 gzip 如下：

如上图，gzip 功能为开启状态，且压缩等级为 6。

此外，APIG 还提供了 Debug 功能用以调试 Gzip 功能。首先依次打开 API 列表, 然后点击创建 API。

在填写好 API 详细信息后，在后端配置选项页面选择 Mock 后端，并且增加 header 参数-content-length（参数值需要大于等于 1028, 否则 gzip 功能将不生效。）

然后进入 API 的调试界面，在 Headers 中添加参数：Accept-Encoding，对应参数值为 gzip。 在响应结果中，如果有 Content-Encoding: gzip 出现，即代表 Gzip 功能生效。

总结****

Gzip 自首次发布以来，已经成为互联网上常用的压缩格式之一。各种高性能的开源代理如 Nginx、Envoy 等都原生支持 Gzip 的功能。在传输速度和降低带宽消耗方面，Gzip 有着十分强大的优势，希望本文能帮助到想要了解 Gzip 背后原理及其应用的人。

阅读原文：了解华为云APIG