Brotli và GZIP: So sánh Chi Tiết Các Thuật Toán Nén

Nâng cao trải nghiệm người dùng là tiêu chí quan trọng nhất nhằm thúc đẩy sự tương tác và đem đến thành công trong kinh doanh. Trong đó, với website thì tốc độ tải trang là tiêu chí quan trọng ảnh hưởng đến sự hài lòng của khách hàng.

Các nghiên cứu chỉ ra rằng 40% người dùng sẽ từ bỏ trang web của bạn nếu site mất hơn 3 giây để tải trang, và phản hồi trang chậm 1 giây cũng dẫn đến giảm 7% chuyển đổi. Do đó, tốc độ load của trang rất quan trọng với mỗi website.

Nén Brotli là gì?

Brotli là một thuật toán nén hiệu quả cao, được Google phát triển với mục đích ban đầu là sử dụng woff2. Sau đó được mở rộng cho các ứng dụng rộng hơn. Công cụ này cung cấp các tỷ lệ nén hiệu quả gần như có thể so với các phương pháp nén đa năng tốt nhất hiện nay.

Brotli cung cấp 11 mức chất lượng nén, từ 1 đến 11. Với mức chất lượng tăng lên thì tỷ lệ nén cũng tăng theo. Tuy nhiên mức nén càng cao sẽ ảnh hưởng đến tốc độ nén.

Hiện nay, công cụ nén Brotli được sử dụng rộng rãi, được hỗ trợ bởi tất cả các trình duyệt web hiện đại, với khoảng 96,6% người dùng sử dụng các trình duyệt hỗ trợ Brotli.

Internet Explorer, Edge, Firefox, Chrome, Safari, iOS Safari, Opera Mini, Chrome cho Android, UC Browser cho Android và Samsung Internet đều hỗ trợ Brotli. Bằng cách kết hợp chức năng Brotli, các trình duyệt này đảm bảo cung cấp nội dung hiệu quả cho người dùng.

Bạn có thể kiểm tra tiêu đề yêu cầu mã hóa chấp nhận để kiểm tra xem trình duyệt của bạn có hỗ trợ Brotli hay không. Các trình duyệt hỗ trợ Brotli sẽ bao gồm mã thông báo “br” cùng với “GZIP”.

Khi bật Brotli trên máy chủ web của bạn, bạn sẽ nhận được phản hồi ở định dạng nén Brotli, nâng cao hơn nữa hiệu quả truyền dữ liệu.

Giải thích về thuật toán nén Brotli

Brotli là một thuật toán nén nguồn mở với tỷ lệ nén vượt trội hơn so với GZIP. Nó kết hợp LZ77, mã hóa Huffman và các kỹ thuật mô hình ngữ cảnh bậc 2 để nén dữ liệu hiệu quả.

Công cụ này chứa 13.504 từ hoặc âm tiết từ tiếng Anh, tiếng Tây Ban Nha, tiếng Trung, tiếng Hindi, tiếng Nga và tiếng Ả Rập, cùng với các cụm từ phổ biến được sử dụng trong các ngôn ngữ có thể đọc bằng máy như HTML và JavaScript.

Với tổng số 122.784 byte, từ điển tĩnh tạo thành nền tảng cho khả năng nén của Brotli. Ngoài ra, Brotli sử dụng một cơ chế biến đổi giúp sửa đổi các từ trong từ điển, nâng cao hơn nữa hiệu quả nén của nó.

Cách thức hoạt động của Brotli

• Đầu tiên, Brotli tìm kiếm sự lặp lại trong dữ liệu và thay thế chúng bằng các mã ngắn hơn. Giúp loại bỏ sự dư thừa và làm cho tệp nhỏ gọn hơn.
• Sau đó, Brotli sử dụng mã hóa Huffman. Nó gán mã ngắn hơn cho những từ phổ biến nhất và mã dài hơn cho những từ ít phổ biến hơn. Điều này giúp Brotli có thể biểu thị các từ được sử dụng thường xuyên với ít bit hơn, giảm kích thước tệp.
• Brotli còn sử dụng một thủ thuật khác được gọi là mô hình ngữ cảnh. Nó phân tích bối cảnh hoặc môi trường xung quanh dữ liệu để đưa ra dự đoán thông minh hơn. Bằng cách hiểu các mẫu và mối quan hệ giữa dữ liệu, Brotli có thể đưa ra những dự đoán chính xác hơn về những gì xảy ra tiếp theo, giúp nén tệp hiệu quả hơn.

Nhìn chung, sự kết hợp của các kỹ thuật tiên tiến, từ điển tĩnh toàn diện và các cơ chế biến đổi của Brotli làm cho công cụ này trở thành thuật toán nén hiệu quả cao. Mang lại tỷ lệ nén ấn tượng và giảm kích thước tệp vượt trội hơn so với các thuật toán khác như GZIP, bzip2 và LZMA.

Ưu điểm của Brotli so với GZIP

Brotli ưu việt hơn GZIP bằng cách sử dụng từ điển, cho phép nó gửi khóa thay vì từ khóa đầy đủ. Do đó, Brotli đạt được mức giảm kích thước tệp đáng kể so với nén GZIP. Cụ thể, các tệp JavaScript được nén bằng Brotli nhỏ hơn khoảng 15%, các tệp HTML giảm khoảng 20% ​​và các tệp CSS giảm khoảng 16%. 

Những cải tiến về kích thước tệp góp phần truyền và lưu trữ dữ liệu hiệu quả hơn trong môi trường web. Việc giảm số lượng byte được truyền không chỉ cải thiện thời gian tải trang mà còn giúp giảm chi phí liên quan đến Mạng phân phối nội dung (CDN) .

Nhược điểm của Brotli

Khi sử dụng nén Brotli, bạn sẽ nhận thấy một số hạn chế như với người mới, việc bật Brotli sẽ cần thay đổi cấu hình phía máy chủ, không giống như GZIP, thường có sẵn theo mặc định. Brotli cũng hạn chế về khả năng hỗ trợ trình duyệt khi so với GZIP. Thêm vào đó, Brotli mất nhiều thời gian hơn để nén tệp so với GZIP.

Công cụ nào cũng có ưu điểm – hạn chế riêng, để xem xét có nên sử dụng không bạn phải hiểu được những mặt ưu và nhược của mỗi công cụ để quyết định.

Xem thêm: Alibaba và Aliexpress- App Nào Chạy Dropshipping Tốt Nhất Năm 2023

Nén GZIP là gì?

GZIP là một dạng nén và là ứng dụng rộng rãi hiện nay. Lúc đầu, công cụ này được tạo ra như là một thư viện nén đa năng và lấy cảm hứng từ thuật toán nén DEFLATE. Tương tự như Brotli, GZIP giúp giảm đáng kể kích thước tệp, thường đạt tỷ lệ nén lên tới 80%. Hiệu quả với các dạng dữ liệu tệp văn bản, mã JavaScript hoặc CSS và các loại nội dung HTTP khác.

GZIP cung cấp 9 cấp độ nén tệp, từ cấp độ 1 để tiết kiệm tệp nhỏ hơn và tốc độ nén nhanh hơn đến cấp độ 10 để tiết kiệm tệp tối đa ở tốc độ nén chậm hơn.

Cách hoạt động của Nén GZIP

GZIP là thuật toán nén không mất dữ liệu được xây dựng dựa trên thuật toán giảm phát, kết hợp các kỹ thuật mã hóa LZ77 và Huffman. Đảm bảo dữ liệu được giải nén vẫn giống với bản gốc.

Thuật toán nén GZIP hoạt động theo hai giai đoạn. Ban đầu, nó xác định các chuỗi byte lặp lại trong dữ liệu và thay thế chúng sao cho ngắn hơn. Các chuỗi rút gọn này sẽ được gán một số bit thay đổi dựa trên tần suất xuất hiện của chúng. Các chuỗi thường xuyên hơn nhận được ít bit hơn và các chuỗi hiếm hơn được gán nhiều bit hơn.

Quá trình nén này làm giảm đáng kể kích thước của tệp nén so với ban đầu.

Sau đây là cách hoạt động thực tế của GZIP:

• Khi máy chủ nhận được yêu cầu về một trang web, nó sẽ kiểm tra tiêu đề yêu cầu để xác định xem trình duyệt có hỗ trợ nén GZIP hay không.
• Nếu nén GZIP được hỗ trợ, máy chủ sẽ đánh dấu cho trang và áp dụng nén GZIP cho trang đó.
• GZIP chuyển đổi đánh dấu thành luồng dữ liệu nén, sau đó được gửi đến người dùng.
• Khi nhận được luồng nén, trình duyệt của người dùng sẽ giải nén luồng đó, khôi phục đánh dấu ban đầu.

Nói tóm lại, GZIP xác định các mẫu lặp lại, thay thế chúng bằng các biểu diễn ngắn hơn và gán mã có độ dài thay đổi dựa trên tần suất. Phương pháp nén GZIP làm giảm đáng kể kích thước tệp, nâng cao hiệu quả truyền dữ liệu.

Ưu điểm của GZIP so với Brotli

GZIP sở hữu những lợi thế hơn so với Brotli như:

• Khả năng tương thích: GZIP đã được sử dụng rộng rãi từ những năm 1990 và được hầu hết các trình duyệt và máy chủ web hỗ trợ. Trở thành một định dạng nén tiêu chuẩn, với khả năng tương thích rộng rãi trên nhiều nền tảng khác nhau.
• Hệ sinh thái được thiết lập: GZIP sở hữu hệ sinh thái tốt với nhiều công cụ và thư viện sẵn có để triển khai. Giúp việc tích hợp và làm việc trong các môi trường phần mềm khác nhau dễ dàng hơn.
• Tốc độ nén: GZIP có tốc độ nén nhanh hơn so với Brotli. Nén các tệp một cách nhanh chóng và làm cho nó phù hợp với các tình huống ưu tiên tốc độ.
• Tải máy chủ thấp hơn: Quá trình nén Brotli của Cloudflare được thực hiện tại mạng biên của họ, chứ không phải trên máy chủ gốc của bạn. Có nghĩa là quá trình nén được thực hiện trên máy chủ của Cloudflare. Do đó, sử dụng tính năng nén Brotli thông qua Cloudflare sẽ không sử dụng hết tài nguyên máy chủ của bạn. Đây là một trong những lợi thế của việc sử dụng Mạng phân phối nội dung (CDN) như Cloudflare, giảm tải các tác vụ như nén từ máy chủ của bạn sang máy chủ của họ, giải phóng tài nguyên trên máy chủ của bạn.
• Hỗ trợ truyền phát: GZIP rất phù hợp cho các tình huống phát trực tuyến, trong đó dữ liệu được nén và phân phối theo thời gian thực. Khả năng tương thích và hỗ trợ cho các ứng dụng phát trực tuyến khiến nó trở thành lựa chọn ưu tiên trong một số trường hợp sử dụng nhất định.

Đáng nói hơn là GZIP ban đầu được thiết kế để nén các tệp và được điều chỉnh để nén các luồng nhằm phục vụ cho các ứng dụng web. Ngược lại, Brotli được thiết kế đặc biệt ngay từ đầu để nén luồng, làm cho nó trở thành lựa chọn tối ưu hơn cho các máy chủ web khi nén nội dung trước khi truyền phát tới trình duyệt.

Hạn chế của GZIP

• Tỷ lệ nén của GZIP không cao bằng các thuật toán tiên tiến hơn như Brotli, dẫn đến việc giảm kích thước tệp ít hơn. 
• Việc đặt tỷ lệ nén quá cao trong GZIP có thể làm tăng chi phí hoạt động của CPU, ảnh hưởng đến việc sử dụng tài nguyên và tốc độ xử lý.
• GZIP thiếu một số kỹ thuật nén nâng cao như mô hình ngữ cảnh, có thể ảnh hưởng đến hiệu quả nén.
• Mặc dù GZIP hỗ trợ tính năng nén trực tuyến, nhưng ban đầu nó được thiết kế để nén tệp, khiến Brotli trở thành lựa chọn tối ưu hơn cho các máy chủ web.
• Tốc độ nén của GZIP có thể thay đổi, với mức độ nén cao hơn dẫn đến thời gian xử lý chậm hơn.

Quan tâm: So Sánh Sự Khác Biệt Giữa MariaDB và MySQL Chi Tiết

So Sánh Chi Tiết Brotli và GZIP

Ở cấp độ cao, Brotli và GZIP có chung một mục đích chính đó là nén nội dung trang web. Tuy nhiên, hai công cụ này có khá nhiều sự khác biệt, nhất là về phương pháp nén và độ hiệu quả của chúng.

Điều quan trọng cần lưu ý là hiệu suất nén của web bao gồm nhiều khía cạnh:

• Tỷ lệ nén: Giúp tiết kiệm kích thước tệp đạt được thông qua nén. 
• Tốc độ nén: Điều này đề cập đến tốc độ xảy ra quá trình nén và giải nén. Yếu tố này đặc biệt quan trọng đối với nội dung được tạo động yêu cầu nén nhanh.

Trong một điểm chuẩn do Akamai thực hiện, họ đã phân tích 1.000 URL hàng đầu, tải xuống các tệp HTML, CSS và JavaScript, đồng thời nén chúng bằng cả GZIP và Brotli.

Kết quả cho thấy mức tiết kiệm nén trung bình là:

• GZIP: 78%
• Brotli: 82%

Lưu ý: Tỷ lệ phần trăm cao hơn cho thấy hiệu suất nén tốt hơn.

Nghiên cứu của Akamai cũng chỉ ra rằng Brotli vượt trội so với GZIP trong các lĩnh vực cụ thể:

• Brotli đạt được khả năng nén tốt hơn 14% cho các tệp JavaScript
• Brotli đạt được khả năng nén tốt hơn 17% cho các tệp CSS
• Brotli đạt được khả năng nén tốt hơn 21% cho các tệp HTML

Những số liệu này, chúng ta có thể thấy rằng Brotli cung cấp hiệu suất tốt hơn GZIP.

Kết luận

Bài viết trên, chúng ta đã so sánh chi tiết các phương pháp nén Brotli và GZIP thông qua nhiều khía cạnh. Các nghiên cứu chỉ ra rằng Brotli vượt qua GZIP về tốc độ và mức độ nén, khiến nó trở thành lựa chọn tốt hơn. Tuy nhiên, tuỳ vào mục đích sử dụng của mỗi người dùng để lựa chọn quyết định sử dụng giữa Brotli và GZIP.

Chân thành cảm ơn bạn đọc đã theo dõi bài viết của chúng tôi!