iOS的Http、TCP、UDP

HTTP属于老话题了，在项目中我们经常需要往服务端发POST或者GET请求，但是对于HTTP的了解不应只局限于此。千里之行，始于足下。越想走的远，基本原理就应该了解的透彻全面一些，仅仅停留在使用ASIHttpRequest或者AFNetWorking传个参数发个请求的程度上是不够的。这篇文章就是带你全方面回顾一下HTTP。
通过本文你能收获哪些内容：

·完整HTTP请求与响应包含的必要元素
·HTTP不同版本之间的差异
·HTTP、Socket、TCP的区别(易混)

一、HTTP协议

HTTP本质上是一种协议，全称是Hypertext Transfer Protocol，即超文本传输协议。从名字上可以看出该协议用于规定客户端与服务端之间的传输规则，所传输的内容不局限于文本(其实可以传输任意类型的数据)。

图1.1传输示意图.png

二、HTTP请求与响应的内容

当我们往服务端发送一条HTTP请求时都发送了哪些东西过去呢？
先看一个POST请求的示例图：

图2.1 HTTP_POST请求示例.png

注：本文使用Paw来模拟发送HTTP请求，使用Charles抓包，Charles选中"Request"以及"Raw"选项就可以看到请求的全部内容

以上示例图中其实已经包含了一个HTTP请求所必备的几大要素：请求行、请求头(headerField)、请求体(body)；同理，响应也有状态行、响应头、实体内容。接下来我们逐个展开。

1、请求行

请求行包含请求方法(Method)、请求统一资源标识符(URI)、HTTP版本号，如图2.1第一行所示：

图2.2 请求行.png

• 请求方法就是我们所熟悉的POST、GET、HEAD、PUT等
• URI就是URL中排除掉Host剩下的部分，也就是资源在服务器本地上的路径
• HTTP版本号，目前主流的版本是1.1(1999年开始采用)，最新的版本是2.0(2015年5月发布)。不同版本之间差异下面会再展开

2、请求头

请求头主要存放对客户端想给服务端的附加信息，下图框框的部分就是请求头：

图2.3 请求头.png

HTTP请求在iOS中用NSURLRequest与NSMutableRequest表示；HTTP响应用NSHTTPURLResponse表示。

• Host: 目标服务器的网络地址
• Accept: 让服务端知道客户端所能接收的数据类型，如text/html */*
• Content-Type: body中的数据类型，如application/json; charset=UTF-8
• Accept-Language: 客户端的语言环境，如zh-cn
• Accept-Encoding: 客户端支持的数据压缩格式，如gzip
• User-Agent: 客户端的软件环境，我们可以更改该字段为自己客户端的名字，比如QQ music v1.11，比如浏览器Mozilla/5.0 (Macintosh; Intel Mac OS X 10_10_5) AppleWebKit/600.8.9 (KHTML, like Gecko) Maxthon/4.5.2
• Connection: keep-alive，该字段是从HTTP 1.1才开始有的，用来告诉服务端这是一个持久连接，“请服务端不要在发出响应后立即断开TCP连接”。关于该字段的更多解释将在后面的HTTP版本简介中展开。
• Content-Length: body的长度，如果body为空则该字段值为0。该字段一般在POST请求中才会有。

  POST请求的body请求体也有可能是空的，因此POST中Content-Length也有可能为0

• Cookie: 记录者用户信息的保存在本地的用户数据，如果有会被自动附上

  值得一提的是，在iOS中当你发送一个任意请求时，不管你愿不愿意，NSURLRequest都会自动帮你记录你所访问的URL上设置的cookie。在iOS中用NSHTTPCookieStorage表示，是一个单例。通过NSHTTPCookieStorage *cookieJar = [NSHTTPCookieStorage sharedHTTPCookieStorage];for (NSHTTPCookie *cookie in [cookieJar cookies]) { NSLog(@"%@", cookie);}可以获取目前被自动保存的所有cookie。对cookie的操作感兴趣的请移步IOS中http请求使用cookie这篇文章。

以上就是我们日常开发中比较经常遇到的请求头，其实还有其他的field，但篇幅所限无法一一列出，想了解所有请求头请看这里请求头响应头列表。那在iOS中如何设置添加这些field呢？可以使用-[NSMutableURLRequest addValue: forHTTPHeaderField:]方法，获取当前请求已经设置的field可以用-[NSURLRequest allHTTPHeaderFields]。也就是我们可以通过以上接口定制我们所需要的请求头，但是有些field是不能改的，我们看一下iOS的描述：

图2.4 iOS请求头接口描述.png

从文档中我们可以看到，在iOS中不应当对Authorization Connection HostWWW-Authenticate这几个header field做更改。

3、请求体

真正需要发给服务端的数据，在使用POST-multipart上传请求中请求体就是上传文件的二进制NSData类型数据；在GET请求中请求体为空；在普通的POST请求中请求体就是一些表单数据。在iOS中一般用NSURLRequest与NSMutableURLRequest的HTTPBody属性表示，添加body用-[NSMutableURLRequest setHTTPBody:]。

4、响应状态行

状态行是服务端返回给客户端的状态信息，包含HTTP版本号、状态码、状态码对应的英文名称。
以下就是典型的正确状态行：
HTTP/1.1 200 OK
这个部分需要讲的是错误码。事实上HTTP请求错误码可以根据错误码从左往右第一个数字大致分为以下几类：

1XX：信息提示。不代表成功或者失败，表示临时响应，比如100表示继续，101表示切换协议
2XX: 成功
3XX: 重定向
4XX:客户端错误，很有可能是客户端发生问题，如亲切可爱的404表示未找到文件，说明你的URI是有问题的，服务器机子上该目录是没有该文件的；414URI太长
5XX: 服务器错误，比如504网关超时

错误码是不用去记的，出错了再查对应的错误码含义就行。但是知道上面的分类有助于第一时间做出大体的判断，起码你能清楚是服务端还是客户端的原因。

5、响应头与响应实体

这部分与请求部分差异不大，响应头的字field会有稍许不同，响应头中的header field同样移步请求头响应头列表。

三、HTTP版本简介

这里我把HTTP版本简单分为三类：1.1之前，1.1，2.0，针对这三类做个主要差异的介绍：

HTTP 1.1之前

• 不支持持久连接。一旦服务器对客户端发出响应就立即断开TCP连接
• 无请求头跟响应头
• 客户端的前后请求是同步的。下一个请求必须等上一个请求从服务端拿到响应后才能发出，有点类似多线程的同步机制。

HTTP 1.1(主流版本)
与1.1之前的版本相比，做了以下性能上的提升

• 增加请求头跟响应头
• 支持持久连接。客户端通过请求头中指定Connection为keep-alive告知服务端不要在完成响应后立即释放连接。HTTP是基于TCP的，在HTTP 1.1中一次TCP连接可以处理多次HTTP请求
• 客户端不同请求之间是异步的。下一个请求不必等到上一个请求回来后再发出，而可以连续发出请求，有点类似多线程的异步处理。

HTTP 2.0
本着向下兼容的原则，1.1版本有的特性2.0都具备，也使用相同的API。但是2.0将只用于https网址。由于2.0的普及还需要比较长的一段时间，这里不展开，更多新特性请参考这篇文章。

我们重点关注一下当前1.1版本所做几点改变。支持持久连接有什么好处呢？HTTP是基于TCP连接的，如果连接被频繁地启动然后断开就会花费很多资源在TCP三次握手以及四次挥手上，效率低下。以请求一个网页为例，我们知道，一个html网页上的图片资源并不是直接嵌入在网页上，而只是提供url，图片仍需要额外发HTTP 请求去下载。一个网页从请求到最终加载到本地往往需要经过过个HTTP请求。在1.1版本之前请求一个网页就需要发生多次"握手-挥手"的过程，每次连接之间相互独立；而1.1及之后的版本最少只需要一次就够。
再来就是请求异步，其好处参考多线程异步处理，在此不展开。
以上特性可以用图2.3表示：

图3.1 异步请求.jpg

我们可以看到：1、N次请求其实只建立了1次TCP连接，2、N次请求连续异步发出。

四、HTTP、Socket、TCP的区别

这三个概念经常被谈到，也是比较容易被混掉的概念。在回顾之前我们先看一下这三者在TCP/IP协议族中的位置关系：

图4.1 层次关系.png

HTTP是应用层的协议，更靠近用户端；TCP是传输层的协议；而socket是从传输层上抽象出来的一个抽象层，本质是接口。所以本质上三种还是很好区分的。尽管如此，有时候你可能会懵逼，HTTP连接、TCP连接、socket连接有什么区别？好吧，如果上面的图解释的还是不够清楚的话，我们继续往下看。

1、TCP连接与HTTP连接的区别

上文提过，HTTP是基于TCP的，客户端往服务端发送一个HTTP请求时第一步就是要建立与服务端的TCP连接，也就是先三次握手，“你好，你好，你好”。从HTTP 1.1开始支持持久连接，也就是一次TCP连接可以发送多次的HTTP请求。
小总结：HTTP基于TCP

2、TCP连接与Socket连接的区别

在图4.1中我们提到，socket层只是在TCP/UDP传输层上做的一个抽象接口层，因此一个socket连接可以基于TCP，也有可能基于UDP。基于TCP协议的socket连接同样需要通过三次握手建立连接，是可靠的；基于UDP协议的socket连接不需要建立连接的过程，不过对方能不能收到都会发送过去，是不可靠的，大多数的即时通讯IM都是后者。
小总结：Socket也可以基于TCP

3、HTTP连接与Socket连接的区别

区分这两个概念是比较有意义的，毕竟TCP看不见摸不着，HTTP与Socket是实实在在能用到的。

• HTTP是短连接，Socket(基于TCP协议的)是长连接。尽管HTTP1.1开始支持持久连接，但仍无法保证始终连接。而Socket连接一旦建立TCP三次握手，除非一方主动断开，否则连接状态一直保持。
• HTTP连接服务端无法主动发消息，Socket连接双方请求的发送先后限制。这点就比较重要了，因为它将决定二者分别适合应用在什么场景下。HTTP采用“请求-响应”机制，在客户端还没发送消息给服务端前，服务端无法推送消息给客户端。必须满足客户端发送消息在前，服务端回复在后。Socket连接双方类似peer2peer的关系，一方随时可以向另一方喊话。

4、问题来了：什么时候该用HTTP，什么时候该用socket

这个问题的提出是很自然而然的。当你接到一个与另一方的网络通讯需求，自然会考虑用HTTP还是用Socket。

• 用HTTP的情况：双方不需要时刻保持连接在线，比如客户端资源的获取、文件上传等
• 用Socket的情况：大部分即时通讯应用(QQ、微信)、聊天室、苹果APNs等

在iOS中，发HTTP请求一般用原生的NSURLConnection、NSURLSession或者开源的AFNetWorking(推荐)、ASIHttpRequest(已停止更新)。连接Socket连接我用的比较多是robbiehanson大神的CocoaAsyncSocket (XMPPFramework也是出自他手)。