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HTTP协议与框架设计

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介绍HTTP的基本知识和HTTP框架设计准则

HTTP协议与框架设计

HTTP协议

概述

HTTP（HyperText Transfer Protocol，超文本传输协议）是用于在Web浏览器和Web服务器之间传输超文本数据（如HTML、CSS、JavaScript、图片等）的协议。它是一个应用层协议，运行在TCP/IP协议栈的上层，使用无状态、请求-响应模型来进行客户端与服务器的通信。

HTTP协议是万维网（WWW）数据交换的基础，它是客户端与服务器之间通信的规则和约定。HTTP协议通常通过TCP（传输控制协议）端口80进行传输，但也可以通过HTTPS（HTTP Secure）协议通过端口443进行加密传输。

基本特性

无状态性：HTTP协议是无状态的，即每个请求都是独立的，服务器不会保存客户端的状态。每个请求都包含了所有的必要信息，服务器无法记住之前的请求和相应的状态。为了弥补这一点，可以使用Cookies、Session等机制来维持状态。

客户端-服务器模式：HTTP协议采用的是客户端-服务器模式，其中客户端（如浏览器）发起请求，服务器返回响应。客户端和服务器之间的通信是由请求和响应组成的。

请求-响应模型：每次客户端向服务器发送请求，服务器都会进行处理并返回响应。请求和响应都由头部（Headers）和正文（Body）组成。

支持多种方法：HTTP协议支持多种方法来指定请求的意图，例如：GET、POST、PUT、DELETE等。

HTTP请求格式

HTTP请求由三部分组成：请求行（Request Line）、请求头（Headers）、请求体（Body）。

  1. 请求行： 请求行包含了三个主要部分：

    • HTTP方法：表示请求的类型，例如 GET、POST、PUT、DELETE 等。
    • 请求URI（Uniform Resource Identifier）：表示请求的资源路径（即网址）。
    • HTTP版本：表示使用的HTTP协议版本，例如HTTP/1.1或HTTP/2。

    示例请求行：

    1
    GET /index.html HTTP/1.1

  2. 请求头（Headers）： 请求头提供关于客户端环境和请求本身的信息。常见的请求头字段包括：

    • User-Agent：表示客户端软件的信息（如浏览器类型、操作系统等）。
    • Host：表示请求的目标主机和端口号。
    • Content-Type：表示请求体中数据的类型。
    • Authorization：用于身份验证，表示提供给服务器的认证信息。

    示例请求头：

    1
    2
    3
    Host: www.example.com
    User-Agent: Mozilla/5.0
    Accept: text/html

  3. 请求体（Body）： 请求体包含了需要发送到服务器的数据，通常用于POST、PUT等请求方法。GET请求通常没有请求体。POST请求常用于提交表单数据或者上传文件。

HTTP响应格式

HTTP响应由四部分组成：状态行（Status Line）、响应头（Headers）、响应体（Body）。

  1. 状态行： 状态行包含三个主要部分：

    • HTTP版本：与请求中使用的版本一致。
    • 状态码：一个三位数字，表示服务器处理请求的结果。
    • 状态消息：对状态码的简短描述。

    示例状态行：

    1
    HTTP/1.1 200 OK

  2. 响应头（Headers）： 响应头提供了关于响应的附加信息。常见的响应头字段包括：

    • Content-Type：表示返回数据的类型（如 text/html、application/json等）。
    • Content-Length：表示响应体的大小（字节数）。
    • Set-Cookie：用于服务器向客户端发送Cookie。
    • Cache-Control：用于控制缓存行为。

    示例响应头：

    1
    2
    3
    Content-Type: text/html; charset=UTF-8
    Content-Length: 1234
    Set-Cookie: sessionId=abcd1234; path=/; HttpOnly

  3. 响应体（Body）： 响应体包含了服务器返回给客户端的数据。它可以是HTML文件、JSON数据、图片文件等。

HTTP/1.1 vs HTTP/2

  • HTTP/1.1：是HTTP协议最常用的版本，支持持久连接（Connection: keep-alive）和管道化（请求和响应可以同时处理）。
  • HTTP/2：是对HTTP/1.1的优化，主要特性包括：
    • 二进制传输：将HTTP消息从文本格式转为二进制格式，提高传输效率。
    • 多路复用：允许多个请求和响应共享同一个TCP连接，避免了HTTP/1.1中的队头阻塞问题。
    • 头部压缩：HTTP/2通过HPACK算法对头部进行压缩，减少了冗余信息，提高了效率。
    • 服务器推送：服务器可以主动将资源推送给客户端，减少等待时间。

HTTP vs HTTPS

  • HTTP：数据传输没有加密，通信内容可能被窃听、篡改。
  • HTTPS：是加密版的HTTP，通过SSL/TLS协议进行加密，确保通信的安全性和完整性。它使用端口443而不是HTTP的80端口。

HTTP框架设计

HTTP请求流程

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HTTP设计思路

  • 应用层——提供给用户使用的接口，需要保证可理解性和简单性

  • 中间件层——对请求进行预处理和后处理

  • 路由层——为 url 请求匹配相应的Handler处理函数

  • 协议层——抽象出合适的接口，在连接上读取数据

  • 传输层——为网络I/O提供了一个可移植的接口，包括TCP/IP、UDP、域名解析和Unix域套接字