在Web应用中,浏览器请求一个URL,服务器就把生成的HTML网页发送给浏览器,而浏览器和服务器之间的传输协议是HTTP,所以:
HTTP协议是一个基于TCP协议之上的请求-响应协议。
对于Browser来说,请求页面的流程如下:
浏览器发送的HTTP请求如下:
GET / HTTP/1.1
Host: www.sina.com.cn
User-Agent: Mozilla/5.0 xxx
Accept: */*
Accept-Language: zh-CN, zh; q=0.9, en-US; q=0.8
其中,第一行表示使用GET
请求获取路径为/
的资源,并使用HTTP/1.1
协议,从第二行开始,每行都是以Header: Value
形式表示的HTTP头,比较常用的HTTP Header包括:
Mozilla/5.0 ... Chrome/79
,IE浏览器的标识类似Mozilla/5.0 (Windows NT ...) like Gecko
;text/*
,image/*
或者*/*
表示所有;gzip, deflate, br
。服务器的响应如下:
HTTP/1.1 200 Ok
Content-Type: text/html
Content-Length: 21932
Content-Encoding: gzip
Cache-Control: max-age=300
<html>...网页数据...
服务器响应的第一行总是版本号+空格+数字+空格+文本,数字表示响应代码,其中2xx
表示成功,3xx
表示重定向,4xx
表示客户端引发的错误,5xx
表示服务器端引发的错误。数字是给程序识别,文本则是给开发者调试使用的。常见的响应代码有:
从第二行开始,服务器每一行均返回一个HTTP头。服务器经常返回的HTTP Header包括:
text/html
,image/jpeg
;gzip
;max-age=300
表示可以最多缓存300秒。HTTP请求和响应都由HTTP Header和HTTP Body构成,其中HTTP Header每行都以\r\n
结束。如果遇到两个连续的\r\n
,那么后面就是HTTP Body。浏览器读取HTTP Body,并根据Header信息中指示的Content-Type
、Content-Encoding
等解压后显示网页、图像或其他内容。
通常浏览器获取的第一个资源是HTML网页,在网页中,如果嵌入了JavaScript、CSS、图片、视频等其他资源,浏览器会根据资源的URL再次向服务器请求对应的资源。
我们来看一下如何编写HTTP Server。一个HTTP Server本质上是一个TCP服务器,我们先用TCP编程的多线程实现的服务器端框架:
public class Server {
public static void main(String[] args) throws IOException {
ServerSocket ss = new ServerSocket(8080); // 监听指定端口
System.out.println("server is running ...");
for(;;) {
Socket sock = ss.accept();
System.out.println("connected from " + sock.getRemoteSocketAddress());
Thread t = new Handler(sock);
t.start();
}
}
}
class Handler extends Thread {
Socket sock;
public Handler(Socket sock) {
this.sock = sock;
}
public void run() {
try (InputStream input = this.sock.getInputStream()) {
try (OutputStream output = this.sock.getOutputStream()) {
handle(input, output);
}
} catch (Exception e) {
try {
this.sock.close();
}catch (IOException ioe) {
}
System.out.println("client disconnected.");
}
}
private void handle(InputStream input, OutputStream output) throws IOException {
var reader = new BufferedReader(new InputStreamReader(input, StandardCharsets.UTF_8));
var writer = new BufferedWriter(new OutputStreamWriter(output, StandardCharsets.UTF_8));
// TODO: 处理HTTP请求
}
}
只需要在handle()
方法中,用Reader读取HTTP请求,用Writer发送HTTP响应,即可实现一个最简单的HTTP服务器。编写代码如下:
private void handle(InputStream input, OutputStream output) throws IOException {
System.out.println("Process new http request ...");
var reader = new BufferedReader(new InputStreamReader(input, StandardCharsets.UTF_8));
var writer = new BufferedWriter(new OutputStreamWriter(output, StandardCharsets.UTF_8));
// 读取HTTP请求:
boolean requestOk = false;
String first = reader.readLine();
if (first.startsWith("GET / HTTP/1.")) {
requestOk = true;
}
for (;;){
String header = reader.readLine();
if (header.isEmpty()) { // 读取到空行时,HTTP Header读取完毕
break;
}
System.out.println(header);
}
System.out.println(requestOk ? "Response OK" : "Response Error");
if (!requestOk){
// 发送错误响应
writer.write("404 Not Found\r\n");
writer.write("Content-Length: 0\r\n");
writer.write("\r\n");
writer.flush();
}else{
// 发送成功响应
String data = "Hello, world!
";
int length = data.getBytes(StandardCharsets.UTF_8).length;
writer.write("HTTP/1.0 200 OK\r\n");
writer.write("Connection: close\r\n");
writer.write("Content-Type: text/html\r\n");
writer.write("Content-Length: " + length + "\r\n");
writer.write("\r\n"); // 空行标识Header和Body的分隔
writer.write(data);
writer.flush();
}
}
这里的核心代码是,先读取HTTP请求,这里我们只处理GET /
的请求。当读取到空行时,表示已读到连续两个\r\n
,说明请求结束,可以发送响应。发送响应的时候,首先发送响应代码HTTP/1.0 200 OK
表示一个成功的200响应,使用HTTP/1.0
协议,然后,依次发送Header,发送完Header后,再发送一个空行标识Header结束,紧接着发送HTTP Body,在浏览器输入http://local.liaoxuefeng.com:8080/
就可以看到响应页面:
HTTP目前有多个版本,1.0是早期版本,浏览器每次建立TCP连接后,只发送一个HTTP请求并接收一个HTTP响应,然后就关闭TCP连接。由于创建TCP连接本身就需要消耗一定的时间,因此,HTTP 1.1允许浏览器和服务器在同一个TCP连接上反复发送、接收多个HTTP请求和响应,这样就大大提高了传输效率。
我们注意到HTTP协议是一个请求-响应协议,它总是发送一个请求,然后接收一个响应。能不能一次性发送多个请求,然后再接收多个响应呢?HTTP 2.0可以支持浏览器同时发出多个请求,但每个请求需要唯一标识,服务器可以不按请求的顺序返回多个响应,由浏览器自己把收到的响应和请求对应起来。可见,HTTP 2.0进一步提高了传输效率,因为浏览器发出一个请求后,不必等待响应,就可以继续发下一个请求。
HTTP 3.0为了进一步提高速度,将抛弃TCP协议,改为使用无需创建连接的UDP协议,目前HTTP 3.0仍然处于实验阶段。
使用B/S架构时,总是通过HTTP协议实现通信;
Web开发通常是指开发服务器端的Web应用程序。
在上一节中,我们看到,编写HTTP服务器其实是非常简单的,只需要先编写基于多线程的TCP服务,然后在一个TCP连接中读取HTTP请求,发送HTTP响应即可。
但是,要编写一个完善的HTTP服务器,以HTTP/1.1为例,需要考虑的包括:
这些基础工作需要耗费大量的时间,并且经过长期测试才能稳定运行。如果我们只需要输出一个简单的HTML页面,就不得不编写上千行底层代码,那就根本无法做到高效而可靠地开发。
因此,在JavaEE平台上,处理TCP连接,解析HTTP协议这些底层工作统统扔给现成的Web服务器去做,我们只需要把自己的应用程序跑在Web服务器上。为了实现这一目的,JavaEE提供了Servlet API,我们使用Servlet API编写自己的Servlet来处理HTTP请求,Web服务器实现Servlet API接口,实现底层功能:
我们来实现一个最简单的Servlet:
// WebServlet注解表示这是一个Servlet,并映射到地址/:
@WebServlet(urlPatterns = "/")
public class HelloServlet extends HttpServlet {
protected void doGet(HttpServletRequest req, HttpServletResponse resp)
throws ServletException, IOException {
// 设置响应类型:
resp.setContentType("text/html");
// 获取输出流:
PrintWriter pw = resp.getWriter();
// 写入响应:
pw.write("Hello, world!
");
// 最后不要忘记flush强制输出:
pw.flush();
}
}