java原生UrlConnection体系梳理

一、背景介绍

关于HTTP协议

HTTP 协议是目前 Internet 上使用得最多、最重要的协议。该协议为典型的请求-响应模型。客户端建立连接并发送请求，服务端接受并处理请求，再发送应答，再由客户端接受并处理应答。浏览器是最常见的一种客户端，它将用户的交互行为作为http请求发送，并接受服务端的应答，再将应答内容展示，一般应答都是html类型的超文本。

在某些情况下，我们会使用java程序来模拟浏览器发送请求。因此，在 JDK 的 java.net 包中已内置了访问 HTTP 协议的类：HttpURLConnection。

关于继承关系

HttpUrlConnection类继承自UrlConnection。UrlConnection是一个抽象类，表示URL指向资源的连接。其子类包含诸如HttpUrlConnection、FtpUrlConnection、FileUrlConnection等各种协议的连接类。

这些协议的连接类具体实现大都在sun.net.www.protocol.http包内，不是公开的接口，我们可不必关注。只需了解其继承关系即可。

关于通信机制

URLConnection类本身依赖于Socket类实现网络连接。socket又称做套接字，是应用层和传输层之间的一个抽象层，它把TCP/IP层复杂的操作抽象为几个简单的接口供应用层（这里就是我们的Http连接）调用。

其所处的位置如下图所示

当我们进行Http通信时，每个请求连接最终都会绑定到一个具体的socket上，利用socket与底下的传输层等进行通信。具体通信机制可参考相关书籍。

二、一个请求示例

下面是用HttpURLConnection获取百度首页的示例。

具体步骤如下：

1. 根据连接地址创建URL实例。
2. 调用URL::openConnection() 方法打开连接，将连接赋给HttpURLConnection对象。
3. 操作连接。
4. 关闭连接。

    @Test
    public void test() throws IOException{
        URL url = new URL("http://www.baidu.com");  //构建一个URL资源对象
        HttpURLConnection connection = (HttpURLConnection) url.openConnection();//打开连接
        connection.setRequestMethod("GET");  //设置请求方法

        /**
         * 建立连接并获取资源（指向百度首页的html内容）
         */
        BufferedReader in = new BufferedReader(new InputStreamReader(connection.getInputStream()));
        StringBuilder sb = new StringBuilder();
        String line ;
        while ((line=in.readLine())!=null){
            sb.append(line);
        }
        System.out.println(sb.toString());
    }

下面我们就根据这个简单的示例来解析HttpURLConnection，看看它是如何发送请求并接受响应的。

根据示例，我们需要知道

1. URL类及URL::openConnection方法
2. HttpURLConnection 建立连接的方法以及其他重要方法。

三、关于 URL

URL格式简介

首先看看有关URL(统一资源定位符)的内容。

URL表示的也就是我们通常说的网页地址。表示互联网上的资源，如网页或FTP地址等。

URL可分为以下几个部分

protocol://host:port/path?query#fragment

以Http协议为例，一个实例如下：

http://www.runoob.com/index.html?language=cn#j2se

各部分含义：

• protocol : 协议名，如http、https、ftp等，示例中为http。
• host : 主机地址，示例中为 www.runoob.com
• port : 端口号，没有标明则为默认端口号。如http协议默认的为80,ftp的为21。示例为http协议，其端口号为80
• path : 路径，由/隔开的字符串，表示主机上的文件或目录，示例为index.html
• ? :分割符，分割主机地址和查询参数
• query : 查询参数，多个用&分割，示例中为language=cn。
• fragment : 定位片段，定位到网页地址的某个id,示例中为j2se

构建URL对象

URL有多个构造函数，具体实现在URL(URL, String，handler)。构造函数的目的在：

1. 解析传来的url字符串,解析出的protocol、host等值并赋值给相应的类字段。
2. 根据protocol字段得到urlStreamHandler实例。

第1条很好理解，至于第二条的urlStreamHandler对象，则是具体处理连接请求的handler对象。在设计上，每一个协议（protocol）对应一个handler。

public URL(URL context, String spec, URLStreamHandler handler)
        throws MalformedURLException{
            // 为简洁见，已去掉解析url过程
            // 根据protocol得到urlStreamHandler实例
            if (handler == null &&
                (handler = getURLStreamHandler(protocol)) == null) {
                throw new MalformedURLException("unknown protocol: "+protocol);
            }

            this.handler = handler;

            handler.parseURL(this, spec, start, limit);

        } catch(MalformedURLException e) {
            throw e;
        } catch(Exception e) {
           // 异常处理
        }
    }

从getURLStreamHandler中得到的handler，具体看看getURLStreamHandler

  static URLStreamHandler getURLStreamHandler(String protocol) {

        // 这里应该是做了一个缓存Map,将已解析过的协议名（String，key值）和该协议的处理类(URLStreamHandler,value值)放于Map中。
        URLStreamHandler handler =  handlers.get(protocol);
        if (handler == null) {

            boolean checkedWithFactory = false;

            // 若factory不为空，从factory获取
            if (factory != null) {
                handler = factory.createURLStreamHandler(protocol);
                checkedWithFactory = true;
            }

            // 根据反射获取
            if (handler == null) {
                String packagePrefixList = null;

                packagePrefixList
                    = java.security.AccessController.doPrivileged(
                    new sun.security.action.GetPropertyAction(
                        protocolPathProp,""));
                if (packagePrefixList != "") {
                    packagePrefixList += "|";
                }

                // REMIND: decide whether to allow the "null" class prefix
                // or not.
                packagePrefixList += "sun.net.www.protocol";

                StringTokenizer packagePrefixIter =
                    new StringTokenizer(packagePrefixList, "|");

                while (handler == null &&
                       packagePrefixIter.hasMoreTokens()) {

                    String packagePrefix =
                      packagePrefixIter.nextToken().trim();
                    try {
                        String clsName = packagePrefix + "." + protocol +
                          ".Handler";
                        Class cls = null;
                        try {
                            cls = Class.forName(clsName);
                        } catch (ClassNotFoundException e) {
                            ClassLoader cl = ClassLoader.getSystemClassLoader();
                            if (cl != null) {
                                cls = cl.loadClass(clsName);
                            }
                        }
                        if (cls != null) {
                            handler  =
                              (URLStreamHandler)cls.newInstance();
                        }
                    } catch (Exception e) {
                        // any number of exceptions can get thrown here
                    }
                }
            }

            synchronized (streamHandlerLock) {

                // 省略对多线程情况判断

                //将handler加到映射表中
                if (handler != null) {
                    handlers.put(protocol, handler);
                }
            }
        }
        return handler;
}

从代码中可知，处理协议连接的handler前缀是sun.net.www.protocol，这样可根据协议名获取具体处理的handler。如处理http的为sun.net.www.protocol.http.HttpURLConnection,负责有关http相关的连接处理。

四、其他

其他具体的包括打开连接、发送请求、接受响应等都在sun.net.www.protocol.http.HttpURLConnection类内具体实现。这里就不展示了。如此，有关HttpURLConnection相关的类结构也就结束了。