走进HTTP协议之二 基本HTTP机制

本系列第一节，我们回顾了与HTTP协议有关的基本术语和概念，本文将分析HTTP协议的基本原理与机制

1. HTTP协议的用途
   
   HTTP协议用于客户端与服务器之间的通信，在通信线路两端，必定一端是客户端，另一端是服务器。
   注意：客户端与服务器的角色不是固定的，一端充当客户端，也可能在某次请求中充当服务器。这取决与请求的发起端。HTTP协议属于应用层，建立在传输层协议TCP之上。客户端通过与服务器建立TCP连接，之后发送HTTP请求与接收HTTP响应都是通过访问Socket接口来调用TCP协议实现。

2. 请求与响应
   HTTP协议规定，由客户端发起请求，服务器响应请求并返回信息。
   如图，反映了一次HTTP请求并接收一个HTML文件的过程与时间消耗(RTT)。客户端通过TCP连接发送请求报文，服务器收到请求后向其传输文件并返回响应报文。

   • 请求报文

       GET /index.html HTTP/1.1
     
       Host: www.cnblogs.com/ACFLOOD 
     
       Content-Length: 16
     

     请求报文是由请求方法，请求URI，协议版本，可选的首部字段以及内容实体构成。

     本例中，GET表示请求方法，/index.jsp是请求URI，HTTP/1.1是协议版本，其余的是首部字段。

   • 响应报文

       HTTP/1.1 200 OK 
       
       Date: Mon, 10 May 2016 07:50:15 GMT
     
       Content-Length: 300
     
       Content-Type: text/html
     

     响应报文基本上由协议版本，状态码(返回请求成功或失败情况)，对状态码的解释短语，可选的首部字段以及内容实体构成。

     本例中，HTTP/1.1表示协议版本，200表示状态码，OK是对状态码的描述，Date是响应日期，与Content-Length和Content-Type一样，都属于首部字段。

3. HTTP是无状态协议

   HTTP是一种无状态(stateless) 协议，HTTP协议本身不会对发送过的请求和相应的通信状态进行持久化处理。这样做的目的是为了保持HTTP协议的简单性，从而能够快速处理大量的事务，提高效率。

   然而，在许多应用场景中，我们需要保持用户登录的状态或记录用户购物车中的商品。由于HTTP是无状态协议，所以必须引入一些技术来记录管理状态，例如Cookie。

4. HTTP方法

   在第一节，我们曾辨析过GET与POST方法。实际上常用的HTTP方法远不止这些，下图展示了基本的HTTP方法。
   

   • GET：获取资源。通过URI请求访问已被识别的资源，经过服务器解析后返回相应内容。

   • POST：传输实体。例如登录注册时表单的提交。

   • PUT：传输文件。类似于FTP协议中的文件上传，PUT方法要求在请求报文的主体包含文件，保存到指定URI的位置。由于PUT方法没有验证机制，存在安全性问题，所以必须配合采用安全标准(如REST)。

   • HEAD：获得报文首部。不返回报文主体，仅返回首部。

   • DELETE：删除文件。DELELTE方法请求删除服务器上的资源，同样存在安全性问题。所以必须有验证机制与之配合。

   • OPTIONS：询问服务器支持哪些方法。示例

     请求报文

       OPTIONS * HTTP/1.1
       
       Host: www.cnblogs.com
     

     响应报文

       HTTP/1.1 200 OK
       
       Allow: GET, POST, HEAD, OPTIONS
     

     本例中，客户端通过OPTIONS *询问服务器支持的方法。响应报文最后返回了支持的 方法类型。

   • TRACE：追踪路径。发送请求时，通过在Max-Forwards首部字段中填入数值，每经过一个服务器数值减一，当减为零之后停止传输，最后收到请求的服务器发出响应。

   • CONNECT：通过与代理服务器建立隧道，使用隧道协议加密之后，与服务器进行TCP通信。常用的隧道协议有SSL(Secure Socket Layer)以及TLS(Transport Layer Security)。

5. 非持久连接 和 持久连接

   在实际的应用中，客户端往往会发出一系列请求，接着服务器端对每个请求进行响应。对于这些请求|响应，如果每次都经过一个单独的TCP连接发送，称为非持久连接。反之，如果每次都经过相同的TCP连接进行发送，称为持久连接。

   非持久连接在每次请求|响应之后都要断开连接，下次再建立新的TCP连接，这样就造成了大量的通信开销。例如前面提到的往返时间(RTT) 就是在建立TCP连接的过程中的代价。

   非持久连接给服务器带来了沉重的负担，每台服务器可能同时面对数以百计甚至更多的请求。持久连接就是为了解决这些问题，其特点是一直保持TCP连接状态，直到遇到明确的中断要求之后再中断连接。持久连接减少了通信开销，节省了通信量。
   图 持久化连接节省通信开销

6. 总结

   本文分析了基本的HTTP运行机制与原理，通过一些实例分析了HTTP请求与响应的过程，以及常见的HTTP方法。对于HTTP连接的特性与机制也进行了探讨。当然这些只是简单的建立起基础的概念。后续的系列我还会对Cookie与session的原理，请求发起的过程以及Socket(套接字)的理，HTTP解析的过程进行深入思考和剖析。

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作者: I'm coding

链接：ACFLOOD

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