HTTP 協(xié)議必知必會(huì)

作者：架構(gòu)師秋天 2024-11-15 11:11:48

HTTP協(xié)議不僅是Web開(kāi)發(fā)的基礎(chǔ)，它還決定了Web應(yīng)用的性能和用戶體驗(yàn)。在本篇文章中，我們探討了HTTP協(xié)議的基本原理和Tomcat中的實(shí)現(xiàn)源碼，并對(duì)HTTP的版本演進(jìn)和常見(jiàn)問(wèn)題進(jìn)行了分析。掌握了這些知識(shí)，我們就具備了理解和優(yōu)化Web應(yīng)用的能力。

今天我們來(lái)深入解析Web開(kāi)發(fā)中必備的HTTP協(xié)議。對(duì)于Web容器如Tomcat和Jetty的理解，HTTP協(xié)議是一塊基礎(chǔ)，而HTTP與HTML的區(qū)別則是理解這一協(xié)議的關(guān)鍵起點(diǎn)。

在這篇文章中，我將帶領(lǐng)大家逐步了解HTTP協(xié)議的工作機(jī)制，并通過(guò)相關(guān)源碼片段進(jìn)一步理解其原理。通過(guò)這次學(xué)習(xí)，大家不僅會(huì)加深對(duì)HTTP的認(rèn)識(shí)，也會(huì)為理解Web容器的工作原理打下扎實(shí)的基礎(chǔ)。

一、HTTP與HTML的區(qū)別

在很多Web開(kāi)發(fā)新手眼中，HTTP和HTML容易混淆，但其實(shí)它們的功能和定位大不相同。

HTML（Hypertext Markup Language）是一種標(biāo)記語(yǔ)言，用于定義網(wǎng)頁(yè)內(nèi)容的結(jié)構(gòu)。
HTTP（Hypertext Transfer Protocol）則是一種網(wǎng)絡(luò)傳輸協(xié)議，用于在客戶端和服務(wù)器之間傳輸數(shù)據(jù)。

簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，HTML是內(nèi)容，而HTTP是傳輸內(nèi)容的手段。瀏覽器通過(guò)HTTP請(qǐng)求從服務(wù)器獲取HTML文件，然后渲染并呈現(xiàn)頁(yè)面。

二、HTTP協(xié)議概述

HTTP協(xié)議是一種基于請(qǐng)求-響應(yīng)模式的無(wú)狀態(tài)協(xié)議。無(wú)狀態(tài)意味著服務(wù)器不會(huì)記憶每一次請(qǐng)求的狀態(tài)，因此每次請(qǐng)求都是獨(dú)立的。這種特性帶來(lái)了更高的擴(kuò)展性，但也要求開(kāi)發(fā)者自己管理用戶會(huì)話（比如通過(guò)Cookie或Session）。

2.1 HTTP請(qǐng)求結(jié)構(gòu)

HTTP請(qǐng)求包括請(qǐng)求行、請(qǐng)求頭、請(qǐng)求體三部分。以下是一個(gè)典型的HTTP請(qǐng)求示例：

GET /index.html HTTP/1.1
Host: www.example.com
User-Agent: Mozilla/5.0
Accept: text/html

請(qǐng)求行：包含HTTP方法、請(qǐng)求的URI、HTTP版本。
請(qǐng)求頭：包括請(qǐng)求的元數(shù)據(jù)，比如主機(jī)名、用戶代理、數(shù)據(jù)類型等。
請(qǐng)求體：用于傳輸數(shù)據(jù)（通常在POST請(qǐng)求中用來(lái)傳輸表單數(shù)據(jù)）。

2.2 HTTP響應(yīng)結(jié)構(gòu)

HTTP響應(yīng)包括狀態(tài)行、響應(yīng)頭、響應(yīng)體三部分。以下是一個(gè)HTTP響應(yīng)示例：

HTTP/1.1 200 OK
Content-Type: text/html
Content-Length: 123

<html>
<head><title>Example</title></head>
<body><p>Sample Page</p></body>
</html>

狀態(tài)行：包含HTTP版本、狀態(tài)碼和狀態(tài)描述。
響應(yīng)頭：包含內(nèi)容類型、內(nèi)容長(zhǎng)度等信息。
響應(yīng)體：真正返回的內(nèi)容，如HTML文檔或其他資源。

2.3 常見(jiàn)HTTP方法

HTTP定義了一系列方法用于請(qǐng)求操作：

GET：請(qǐng)求數(shù)據(jù)，不包含請(qǐng)求體。GET請(qǐng)求是冪等的。
POST：提交數(shù)據(jù)，通常用于表單提交，包含請(qǐng)求體。POST請(qǐng)求不一定是冪等的。
PUT：上傳資源，通常用于更新資源，冪等。
DELETE：刪除資源，冪等。
HEAD：類似GET，但不返回請(qǐng)求體，用于獲取資源的元信息。
OPTIONS：用于查詢服務(wù)器的支持功能。

三、HTTP協(xié)議的關(guān)鍵概念和實(shí)現(xiàn)源碼解析

理解HTTP協(xié)議的實(shí)現(xiàn)，離不開(kāi)其在Java中的實(shí)現(xiàn)。下面，我們將基于Tomcat的部分源碼來(lái)解析HTTP請(qǐng)求的處理過(guò)程。

3.1 請(qǐng)求處理流程

在Tomcat中，HTTP請(qǐng)求的處理流程如下：

接收請(qǐng)求：Tomcat接收客戶端的請(qǐng)求數(shù)據(jù)（字節(jié)流）。
解析請(qǐng)求：Tomcat將字節(jié)流解析為HTTP請(qǐng)求對(duì)象。
分發(fā)請(qǐng)求：請(qǐng)求被分發(fā)到對(duì)應(yīng)的Servlet處理。
生成響應(yīng)：Servlet生成響應(yīng)內(nèi)容，Tomcat將響應(yīng)封裝并返回客戶端。

3.2 Tomcat中的請(qǐng)求解析源碼

在Tomcat中，Http11Processor類負(fù)責(zé)解析HTTP請(qǐng)求。以下是Tomcat解析請(qǐng)求行的關(guān)鍵代碼：

// Http11Processor.java

protected boolean parseRequestLine() {
    // 從Socket中讀取請(qǐng)求行數(shù)據(jù)
    if (!inputBuffer.parseRequestLine()) {
        return false;
    }

    // 提取HTTP方法、URI和協(xié)議版本
    ByteChunk methodBC = inputBuffer.getMethod();
    request.method().setBytes(methodBC.getBytes(), methodBC.getStart(), methodBC.getLength());
    
    ByteChunk uriBC = inputBuffer.getUri();
    request.requestURI().setBytes(uriBC.getBytes(), uriBC.getStart(), uriBC.getLength());

    ByteChunk protocolBC = inputBuffer.getProtocol();
    request.protocol().setBytes(protocolBC.getBytes(), protocolBC.getStart(), protocolBC.getLength());

    return true;
}

代碼解析：

inputBuffer.parseRequestLine()從Socket緩沖區(qū)中讀取請(qǐng)求行的數(shù)據(jù)。
然后分別解析HTTP方法、URI和協(xié)議版本，并將它們?cè)O(shè)置到request對(duì)象中，以便后續(xù)處理使用。

3.3 解析請(qǐng)求頭

請(qǐng)求行解析完畢后，接下來(lái)就是請(qǐng)求頭的解析。Tomcat使用parseHeaders()方法解析HTTP請(qǐng)求頭，以下是核心代碼：

// Http11Processor.java

protected boolean parseHeaders() {
    while (true) {
        MimeHeaders headers = request.getMimeHeaders();
        if (!inputBuffer.parseHeader(headers)) {
            break;
        }
    }
    return true;
}

代碼解析：

inputBuffer.parseHeader()會(huì)循環(huán)讀取每個(gè)請(qǐng)求頭字段，將其加入到MimeHeaders對(duì)象中，方便后續(xù)獲取。

3.4 生成響應(yīng)

Tomcat的響應(yīng)生成過(guò)程同樣借助了緩沖區(qū)對(duì)象。以下代碼展示了如何生成一個(gè)簡(jiǎn)單的響應(yīng)頭：

// Http11Processor.java

protected void prepareResponse() {
    response.setStatus(200);
    response.setHeader("Content-Type", "text/html");
    response.setHeader("Content-Length", "123");

    outputBuffer.write("HTTP/1.1 200 OK\r\n");
    outputBuffer.write("Content-Type: text/html\r\n");
    outputBuffer.write("Content-Length: 123\r\n\r\n");
}

代碼解析：

response.setStatus(200)設(shè)置響應(yīng)狀態(tài)碼。
response.setHeader()用于設(shè)置響應(yīng)頭。
最后通過(guò)outputBuffer.write()將響應(yīng)數(shù)據(jù)寫入Socket，返回給客戶端。

四、HTTP的演進(jìn)：從1.0到2.0再到3.0

4.1 HTTP/1.1的優(yōu)化

HTTP/1.1在HTTP/1.0的基礎(chǔ)上做了諸多改進(jìn)：

持久連接：在HTTP/1.1中引入了持久連接（Keep-Alive），允許在同一TCP連接中發(fā)送多個(gè)請(qǐng)求，減少了握手開(kāi)銷。
分塊傳輸編碼：使服務(wù)器可以在數(shù)據(jù)未完全生成時(shí)就開(kāi)始發(fā)送響應(yīng)數(shù)據(jù)，提升了傳輸效率。