HTTP協議的基本原理與機制

HTTP協議，對於web相關開發者來講極爲重要。本文將帶您分析HTTP協議的基本原理與機制

HTTP協議的用途

HTTP協議用於客戶端與服務器之間的通訊，在通訊線路兩端，一定一端是客戶端，另外一端是服務器。
注意：客戶端與服務器的角色不是固定的，一端充當客戶端，也可能在某次請求中充當服務器。這取決與請求的發起端。HTTP協議屬於應用層，創建在傳輸層協議TCP之上。客戶端經過與服務器創建TCP鏈接，以後發送HTTP請求與接收HTTP響應都是經過訪問Socket接口來調用TCP協議實現。

請求與響應

HTTP協議規定，由客戶端發起請求，服務器響應請求並返回信息。
如圖，反映了一次HTTP請求並接收一個HTML文件的過程與時間消耗(RTT)。客戶端經過TCP鏈接發送請求報文，服務器收到請求後向其傳輸文件並返回響應報文。

請求報文

GET /index.html HTTP/1.1

        Host: www.cnblogs.com/ACFLOOD 

        Content-Length: 16

請求報文是由請求方法，請求URI，協議版本，可選的首部字段以及內容實體構成。

本例中，GET表示請求方法，/index.jsp是請求URI，HTTP/1.1是協議版本，其他的是首部字段。

響應報文

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

響應報文基本上由協議版本，狀態碼(返回請求成功或失敗狀況)，對狀態碼的解釋短語，可選的首部字段以及內容實體構成。

本例中，HTTP/1.1表示協議版本，200表示狀態碼，OK是對狀態碼的描述，Date是響應日期，與Content-Length和Content-Type同樣，都屬於首部字段。

HTTP是無狀態協議

HTTP是一種無狀態(stateless) 協議，HTTP協議自己不會對發送過的請求和相應的通訊狀態進行持久化處理。這樣作的目的是爲了保持HTTP協議的簡單性，從而可以快速處理大量的事務，提升效率。

然而，在許多應用場景中，咱們須要保持用戶登陸的狀態或記錄用戶購物車中的商品。因爲HTTP是無狀態協議，因此必須引入一些技術來記錄管理狀態，例如Cookie。

HTTP方法

下圖展現了基本的HTTP方法。

• GET：獲取資源。經過URI請求訪問已被識別的資源，通過服務器解析後返回相應內容。

• POST：傳輸實體。例如登陸註冊時表單的提交。

• PUT：傳輸文件。相似於FTP協議中的文件上傳，PUT方法要求在請求報文的主體包含文件，保存到指定URI的位置。因爲PUT方法沒有驗證機制，存在安全性問題，因此必須配合採用安全標準(如REST)。

• HEAD：得到報文首部。不返回報文主體，僅返回首部。

• DELETE：刪除文件。DELELTE方法請求刪除服務器上的資源，一樣存在安全性問題。因此必須有驗證機制與之配合。

• OPTIONS：詢問服務器支持哪些方法。示例:

  請求報文

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

  響應報文

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

  本例中，客戶端經過OPTIONS *詢問服務器支持的方法。響應報文最後返回了支持的 方法類型。

  • TRACE：追蹤路徑。發送請求時，經過在Max-Forwards首部字段中填入數值，每通過一個服務器數值減一，當減爲零以後中止傳輸，最後收到請求的服務器發出響應。

  • CONNECT：經過與代理服務器創建隧道，使用隧道協議加密以後，與服務器進行TCP通訊。經常使用的隧道協議有SSL(Secure Socket Layer)以及TLS(Transport Layer Security)。

非持久鏈接 和 持久鏈接

在實際的應用中，客戶端每每會發出一系列請求，接着服務器端對每一個請求進行響應。對於這些請求|響應，若是每次都通過一個單獨的TCP鏈接發送，稱爲非持久鏈接。反之，若是每次都通過相同的TCP鏈接進行發送，稱爲持久鏈接。

非持久鏈接在每次請求|響應以後都要斷開鏈接，下次再創建新的TCP鏈接，這樣就形成了大量的通訊開銷。例如前面提到的往返時間(RTT) 就是在創建TCP鏈接的過程當中的代價。

非持久鏈接給服務器帶來了沉重的負擔，每臺服務器可能同時面對數以百計甚至更多的請求。持久鏈接就是爲了解決這些問題，其特色是一直保持TCP鏈接狀態，直到遇到明確的中斷要求以後再中斷鏈接。持久鏈接減小了通訊開銷，節省了通訊量。
圖 持久化鏈接節省通訊開銷

總結

本文分析了基本的HTTP運行機制與原理，經過一些實例分析了HTTP請求與響應的過程，以及常見的HTTP方法。對於HTTP鏈接的特性與機制也進行了探討。固然這些只是簡單的創建起基礎的概念。後續的系列我還會對Cookie與session的原理，請求發起的過程以及Socket(套接字)的研究，HTTP解析的過程進行深刻思考和剖析。

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做者: Project_Li

專欄：編程夢工廠

參考資料:《圖解HTTP協議》 《計算機網絡：自頂向下方法》 etc

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