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网络开发必备的HTTP协议知识

一、什么是HTTP协议 

       HTTP协议是一种应用层协议，HTTP是HyperText Transfer Protocol(超文本传输协议)的英文缩写。HTTP可以通过传输层的TCP协议在客户端和服务器之间传输数据。HTTP协议主要用于Web浏览器和Web服务器之间的数据交换。我们在使用IE或Firefox浏览网页或下载Web资源时，通过在地址栏中输入，开头的4个字母http就相当于通知浏览器使用HTTP协议来和host所确定的服务器进行通讯。

       HTTP协议诞生于上世纪90年代初；第一个被广泛使用的版本是HTTP0.9。这个最初的版本非常简陋，它只向服务器发送一个非常简单的请求，而服务器也会返回一个很简单的响应以及相应的HTML文本。在随后的HTTP1.0中，增加了很多在HTTP0.9中没有的特性，如增加了资源重定位，大量的状态响应码等。在最新的HTTP1.1中，对HTTP1.0做了更进一步的改进，除了增加了一些请求方法外，最大的改进就是可以使HTTP保持连接状态。这对于一些频繁传输数据的应用是非常有益的。由于HTTP协议已经达到了它的目标，因此，负责制定规范的W3C已经停止了对HTTP的改进，所以，HTTP1.1将是HTTP协议的最后一个版本。

       无论你是从事网络程序开发，还是Web开发，或是网站的维护人员；都必须对HTTP协议有一个比较深入的了解。因此，HTTP协议不仅是Internet上应用最为广泛的协议，也是应用协议家族中比较简单的一种入门级协议；而且所有的Web服务器无一例外地都支持HTTP协议。这也充分地说明，对于那些开发网络程序，尤其是开发各种类型的Web服务器的开发人员，透彻地掌握HTTP协议将对你所开发的基于HTTP协议的系统产生直接的影响。

        二、HTTP的工作方式 

        HTTP协议采用了请求/响应的工作方式。基于HTTP1.0协议的客户端在每次向服务器发出请求后，服务器就会向客户端返回响应消息（包括请求是否正确以及所请求的数据），在确认客户端已经收到响应消息后，服务端就会关闭网络连接（其实是关闭TCP连接）。在这个数据传输过程中，并不保存任何历史信息和状态信息，因此，HTTP协议也被认为是无状态的协议，图1描绘了HTTP1.0协议的通讯过程。

        在HTTP1.0协议中，当Web浏览器发出请求时，就意味着一个请求/响应会话已经开始。在请求、响应结束后，服务器就会立刻关闭这个连接。这种会话方式虽然简便，但它会带来另外一个问题。如果客户端浏览器访问的某个HTML或其他类型的Web页中包含有其他的Web资源，如JavaScript文件、图像文件、CSS文件等；当浏览器每遇到这样一个Web资源，就会建立一个HTTP会话。如果这样的资源很多的话，就会加重服务器的负担，同时也会影响客户端浏览器加载HTML等Web资源的效率。

        在对上述的缺陷进行改进和完善后，HTTP1.1协议进入了我们的视线。HTTP1.1和HTTP1.0相比较而言，最大的区别就是增加了持久连接支持。当客户端使用HTTP1.1协议连接到服务器后，服务器就将关闭客户端连接的主动权交还给客户端；也就是说，在客户端向服务器发送一个请求并接收以一个响应后，只要不调用Socket类的close方法关闭网络连接，就可以继续向服务器发送HTTP请求。当HTML中含有其他的Web资源时，浏览器就可以使用同一个网络连接向下载这些资源，这样就可以大大减轻服务器的压力。图演示了这一过程。

       HTTP1.1除了支持持久连接外，还将HTTP1.0的请求方法从原来的三个(GET、POST和HEAD)扩展到了八个（OPTIONS、GET、HEAD、POST、PUT、DELETE、TRACE和CONNECT）。而且还增加了很多请求和响应字段，如上述的持久连接的字段Connection。这个字段有两个值，Close和Keep-Alive。如果使用Connection:Close，则关闭HTTP1.1的持久连接的功能，要打开HTTP1.1的持久连接的功能，必须使用Connection:Keep-Alive，或者不加Connection字段（因为HTTP1.1在默认情况下就是持久连接的）。除了这些，还提供了身份认证、状态管理和缓存（Cache）等相关的请求头和响应头。

Http和Socket区别

1、TCP连接

手机能够使用联网功能是因为手机底层实现了TCP/IP协议，可以使手机终端通过无线网络建立TCP连接。TCP协议可以对上层网络提供接口，使上层网络数据的传输建立在“无差别”的网络之上。

建立起一个TCP连接需要经过“三次握手”：

第一次握手：客户端发送syn包(syn=j)到服务器，并进入SYN_SEND状态，等待服务器确认；

第二次握手：服务器收到syn包，必须确认客户的SYN（ack=j+1），同时自己也发送一个SYN包（syn=k），即SYN+ACK包，此时服务器进入SYN_RECV状态；

第三次握手：客户端收到服务器的SYN＋ACK包，向服务器发送确认包ACK(ack=k+1)，此包发送完毕，客户端和服务器进入ESTABLISHED状态，完成三次握手。

握手过程中传送的包里不包含数据，三次握手完毕后，客户端与服务器才正式开始传送数据。理想状态下，TCP连接一旦建立，在通信双方中的任何一方主动关闭连接之前，TCP 连接都将被一直保持下去。断开连接时服务器和客户端均可以主动发起断开TCP连接的请求，断开过程需要经过“四次握手”（过程就不细写了，就是服务器和客户端交互，最终确定断开）


2、HTTP连接

HTTP协议即超文本传送协议(Hypertext Transfer Protocol )，是Web联网的基础，也是手机联网常用的协议之一，HTTP协议是建立在TCP协议之上的一种应用。

HTTP连接最显著的特点是客户端发送的每次请求都需要服务器回送响应，在请求结束后，会主动释放连接。从建立连接到关闭连接的过程称为“一次连接”。

1）在HTTP 1.0中，客户端的每次请求都要求建立一次单独的连接，在处理完本次请求后，就自动释放连接。

2）在HTTP 1.1中则可以在一次连接中处理多个请求，并且多个请求可以重叠进行，不需要等待一个请求结束后再发送下一个请求。

由于HTTP在每次请求结束后都会主动释放连接，因此HTTP连接是一种“短连接”，要保持客户端程序的在线状态，需要不断地向服务器发起连接请求。通常的做法是即时不需要获得任何数据，客户端也保持每隔一段固定的时间向服务器发送一次“保持连接”的请求，服务器在收到该请求后对客户端进行回复，表明知道客户端“在线”。若服务器长时间无法收到客户端的请求，则认为客户端“下线”，若客户端长时间无法收到服务器的回复，则认为网络已经断开。


3、SOCKET原理

3.1套接字（socket）概念

套接字（socket）是通信的基石，是支持TCP/IP协议的网络通信的基本操作单元。它是网络通信过程中端点的抽象表示，包含进行网络通信必须的五种信息：连接使用的协议，本地主机的IP地址，本地进程的协议端口，远地主机的IP地址，远地进程的协议端口。

应用层通过传输层进行数据通信时，TCP会遇到同时为多个应用程序进程提供并发服务的问题。多个TCP连接或多个应用程序进程可能需要通过同一个 TCP协议端口传输数据。为了区别不同的应用程序进程和连接，许多计算机操作系统为应用程序与TCP／IP协议交互提供了套接字(Socket)接口。应用层可以和传输层通过Socket接口，区分来自不同应用程序进程或网络连接的通信，实现数据传输的并发服务。


3.2 建立socket连接
建立Socket连接至少需要一对套接字，其中一个运行于客户端，称为ClientSocket ，另一个运行于服务器端，称为ServerSocket 。

套接字之间的连接过程分为三个步骤：服务器监听，客户端请求，连接确认。

服务器监听：服务器端套接字并不定位具体的客户端套接字，而是处于等待连接的状态，实时监控网络状态，等待客户端的连接请求。

客户端请求：指客户端的套接字提出连接请求，要连接的目标是服务器端的套接字。为此，客户端的套接字必须首先描述它要连接的服务器的套接字，指出服务器端套接字的地址和端口号，然后就向服务器端套接字提出连接请求。

连接确认：当服务器端套接字监听到或者说接收到客户端套接字的连接请求时，就响应客户端套接字的请求，建立一个新的线程，把服务器端套接字的描述发给客户端，一旦客户端确认了此描述，双方就正式建立连接。而服务器端套接字继续处于监听状态，继续接收其他客户端套接字的连接请求。


4、SOCKET连接与TCP连接

创建Socket连接时，可以指定使用的传输层协议，Socket可以支持不同的传输层协议（TCP或UDP），当使用TCP协议进行连接时，该Socket连接就是一个TCP连接。


5、Socket连接与HTTP连接

由于通常情况下Socket连接就是TCP连接，因此Socket连接一旦建立，通信双方即可开始相互发送数据内容，直到双方连接断开。但在实际网络应用中，客户端到服务器之间的通信往往需要穿越多个中间节点，例如路由器、网关、防火墙等，大部分防火墙默认会关闭长时间处于非活跃状态的连接而导致 Socket 连接断连，因此需要通过轮询告诉网络，该连接处于活跃状态。

而HTTP连接使用的是“请求—响应”的方式，不仅在请求时需要先建立连接，而且需要客户端向服务器发出请求后，服务器端才能回复数据。

很多情况下，需要服务器端主动向客户端推送数据，保持客户端与服务器数据的实时与同步。此时若双方建立的是Socket连接，服务器就可以直接将数据传送给客户端；若双方建立的是HTTP连接，则服务器需要等到客户端发送一次请求后才能将数据传回给客户端，因此，客户端定时向服务器端发送连接请求，不仅可以保持在线，同时也是在“询问”服务器是否有新的数据，如果有就将数据传给客户端。

关于HTTP协议中的KeepAlive属性

首先就看一下KeepAlive出现的原因吧：
当一个客户端向服务器发送http请求时，两者之间会建立一个tcp连接，然后服务器发回响应信息同时关闭连接。如果请求的的页面中含有别的资源连接，比如图片、flsah等，就会再次创建连接。KeepAlive的作用就是在第一次创建连接时，服务器会把这个tcp连接保持一段时间（服务器端会有一个keepaliveTime的最大时间，超过时间就断开连接）。这样就不会频繁的去建立tcp连接，同一次请求中的信息传递都可以使用同一个tcp连接。

KeepAlive的工作原理：
在HTTP1.0和HTTP1.1协议中都有对KeepAlive的支持。其中HTTP1.0需要在request中增加“Connection： keep-alive” header才能够支持，而HTTP1.1默认支持。（大家可以利用抓包工具看一下）
HTTP1.0 KeepAlive支持的数据交互流程如下：
a)Client发出request，其中该request的HTTP版本号为1.0。同是在request中包含一个header：“Connection： keep-alive”。
b)Web Server收到request中的HTTP协议为1.0及“Connection： keep-alive”就认为是一个长连接请求，其将在response的header中也增加“Connection： keep-alive”。同是不会关闭已建立的tcp连接。
c)Client收到Web Server的response中包含“Connection： keep-alive”，就认为是一个长连接，不close tcp连接。并用该tcp连接再发送request。（跳转到a)）
HTTP1.1 KeepAlive支持的数据交互流程如下：
a)Client发出request，其中该request的HTTP版本号为1.1。
b)Web Server收到request中的HTTP协议为1.1就认为是一个长连接请求，其将在response的header中也增加“Connection： keep-alive”。同是不会关闭已建立的tcp连接。
c)Client收到Web Server的response中包含“Connection： keep-alive”，就认为是一个长连接，不close tcp连接。并用该tcp连接再发送request。（跳转到a)）

关于KeepAlive的分析：
现在的一些服务器都可以设置KeepAlive是否开启，以及KeepAlive的超时时间，服务器支持的KeepAlive数量（数量一般不会很大，否则会对服务器产生很大的压力）。
那么我们考虑3种情况：
　　1、用户浏览一个网页时，除了网页本身外，还引用了多个 javascript 文件，多个 css 文件，多个图片文件，并且这些文件都在同一个 HTTP 服务器上。
　　2、用户浏览一个网页时，除了网页本身外，还引用一个 javascript 文件，一个图片文件。
　　3、用户浏览的是一个动态网页，由程序即时生成内容，并且不引用其他内容。
对于上面3中情况，1 最适合打开 KeepAlive ，2 随意，3 最适合关闭 KeepAlive
打 开 KeepAlive 后，意味着每次用户完成全部访问后，都要保持一定时间后才关闭会关闭 TCP 连接，那么在关闭连接之前，必然会有一个服务器进程对应于该用户而不能处理其他用户，假设 KeepAlive 的超时时间为 10 秒种，服务器每秒处理 50 个独立用户访问，那么系统中 Apache 的总进程数就是 10 * 50 ＝ 500 个，如果一个进程占用 4M 内存，那么总共会消耗 2G 内存，所以可以看出，在这种配置中，相当消耗内存，但好处是系统只处理了 50次 TCP 的握手和关闭操作。
如果关闭 KeepAlive，如果还是每秒50个用户访问，如果用户每次连续的请求数为3个，那么 Apache 的总进程数就是 50 * 3 = 150 个，如果还是每个进程占用 4M 内存，那么总的内存消耗为 600M，这种配置能节省大量内存，但是，系统处理了 150 次 TCP 的握手和关闭的操作，因此又会多消耗一些 CPU 资源。