从HTTP到Tomcat：揭秘Web应用的底层协议与高性能容器

WEB服务器

- 1. HTTP协议
- - 1.1 HTTP-概述
  - - 1.1.1 介绍
    - 1.2.2 特点
  - 2.2 HTTP-请求协议
  - 2.3 HTTP-响应协议
  - - 2.3.1 格式介绍
    - 2.3.2 响应状态码
  - 2.4 HTTP-协议解析
- 2. WEB服务器-Tomcat
- - 2.1 简介
  - - 2.1.1 服务器概述
    - 2.1.2 Web服务器
    - 2.1.3 Tomcat
  - 2.2 基本使用
  - - 2.2.1 下载
    - 2.2.2 安装与卸载
    - 2.2.3 启动与关闭
    - 2.2.4 常见问题

1. HTTP协议

1.1 HTTP-概述

1.1.1 介绍

在这里插入图片描述

HTTP：Hyper Text Transfer Protocol(超文本传输协议)，规定了浏览器与服务器之间数据传输的规则。

http是互联网上应用最为广泛的一种网络协议
http协议要求：浏览器在向服务器发送请求数据时，或是服务器在向浏览器发送响应数据时，都必须按照固定的格式进行数据传输

如果想知道http协议的数据传输格式有哪些，可以打开浏览器，点击F12打开开发者工具，点击Network来查看

在这里插入图片描述

浏览器向服务器进行请求时：

服务器按照固定的格式进行解析

在这里插入图片描述

服务器向浏览器进行响应时：

浏览器按照固定的格式进行解析

1.2.2 特点

我们刚才初步认识了HTTP协议，那么我们在看看HTTP协议有哪些特点：

基于TCP协议: 面向连接，安全

TCP是一种面向连接的(建立连接之前是需要经过三次握手)、可靠的、基于字节流的传输层通信协议，在数据传输方面更安全
基于请求-响应模型: 一次请求对应一次响应（先请求后响应）

请求和响应是一一对应关系，没有请求，就没有响应
HTTP协议是无状态协议: 对于数据没有记忆能力。每次请求-响应都是独立的
无状态指的是客户端发送HTTP请求给服务端之后，服务端根据请求响应数据，响应完后，不会记录任何信息。
- 缺点: 多次请求间不能共享数据
- 优点: 速度快
请求之间无法共享数据会引发的问题：
- 如：京东购物。加入购物车和去购物车结算是两次请求
- 由于HTTP协议的无状态特性，加入购物车请求响应结束后，并未记录加入购物车是何商品
- 发起去购物车结算的请求后，因为无法获取哪些商品加入了购物车，会导致此次请求无法正确展示数据
具体使用的时候，我们发现京东是可以正常展示数据的，原因是Java早已考虑到这个问题，并提出了使用会话技术(Cookie、Session)来解决这个问题。
刚才提到HTTP协议是规定了请求和响应数据的格式，那具体的格式是什么呢?

2.2 HTTP-请求协议

浏览器和服务器是按照HTTP协议进行数据通信的。

HTTP协议又分为：请求协议和响应协议

请求协议：浏览器将数据以请求格式发送到服务器
- 包括：请求行、请求头 、请求体
响应协议：服务器将数据以响应格式返回给浏览器
- 包括：响应行 、响应头 、响应体

在HTTP1.1版本中，浏览器访问服务器的几种方式：

请求方式	请求说明
GET	获取资源。向特定的资源发出请求。例：http://www.baidu.com/s?wd=itheima
POST	传输实体主体。向指定资源提交数据进行处理请求（例：上传文件），数据被包含在请求体中。
OPTIONS	返回服务器针对特定资源所支持的HTTP请求方式。因为并不是所有的服务器都支持规定的方法，为了安全有些服务器可能会禁止掉一些方法，例如：DELETE、PUT等。那么OPTIONS就是用来询问服务器支持的方法。
HEAD	获得报文首部。 HEAD方法类似GET方法，但是不同的是HEAD方法不要求返回数据。通常用于确认URI的有效性及资源更新时间等。
PUT	传输文件。 PUT方法用来传输文件。类似FTP协议，文件内容包含在请求报文的实体中，然后请求保存到URL指定的服务器位置。
DELETE	删除文件。请求服务器删除Request-URI所标识的资源
TRACE	追踪路径。回显服务器收到的请求，主要用于测试或诊断
CONNECT	要求用隧道协议连接代理。 HTTP/1.1协议中预留给能够将连接改为管道方式的代理服务器

在我们实际应用中常用的也就是：GET、POST

GET方式的请求协议：

在这里插入图片描述

请求行：HTTP请求中的第一行数据。由：请求方式、资源路径、协议/版本组成（之间使用空格分隔）
- 请求方式：GET
- 资源路径：/brand/findAll?name=OPPO&status=1
  - 请求路径：/brand/findAll
  - 请求参数：name=OPPO&status=1
    - 请求参数是以key=value形式出现
    - 多个请求参数之间使用&连接
  - 请求路径和请求参数之间使用?连接
- 协议/版本：HTTP/1.1

请求头：第二行开始，上图黄色部分内容就是请求头。格式为key: value形式

http是个无状态的协议，所以在请求头设置浏览器的一些自身信息和想要响应的形式。这样服务器在收到信息后，就可以知道是谁，想干什么了

常见的HTTP请求头有:

Host: 表示请求的主机名

User-Agent: 浏览器版本。 例如：Chrome浏览器的标识类似Mozilla/5.0 ...Chrome/79 ，IE浏览器的标识类似Mozilla/5.0 (Windows NT ...)like Gecko

Accept：表示浏览器能接收的资源类型，如text/*，image/*或者*/*表示所有；

Accept-Language：表示浏览器偏好的语言，服务器可以据此返回不同语言的网页；

Accept-Encoding：表示浏览器可以支持的压缩类型，例如gzip, deflate等。

Content-Type：请求主体的数据类型

Content-Length：数据主体的大小（单位：字节）

举例说明：服务端可以根据请求头中的内容来获取客户端的相关信息，有了这些信息服务端就可以处理不同的业务需求。

比如:

不同浏览器解析HTML和CSS标签的结果会有不一致，所以就会导致相同的代码在不同的浏览器会出现不同的效果
服务端根据客户端请求头中的数据获取到客户端的浏览器类型，就可以根据不同的浏览器设置不同的代码来达到一致的效果（这就是我们常说的浏览器兼容问题）

请求体：存储请求参数
- GET请求的请求参数在请求行中，故不需要设置请求体

POST方式的请求协议：

在这里插入图片描述

请求行(以上图中红色部分)：包含请求方式、资源路径、协议/版本
- 请求方式：POST
- 资源路径：/brand
- 协议/版本：HTTP/1.1
请求头(以上图中黄色部分)
请求体(以上图中绿色部分) ：存储请求参数
- 请求体和请求头之间是有一个空行隔开（作用：用于标记请求头结束）

GET请求和POST请求的区别：

区别方式	GET请求	POST请求
请求参数	请求参数在请求行中。例：/brand/findAll?name=OPPO&status=1	请求参数在请求体中
请求参数长度	请求参数长度有限制(浏览器不同限制也不同)	请求参数长度没有限制
安全性	安全性低。原因：请求参数暴露在浏览器地址栏中。	安全性相对高

2.3 HTTP-响应协议

2.3.1 格式介绍

与HTTP的请求一样，HTTP响应的数据也分为3部分：响应行、响应头 、响应体

在这里插入图片描述

响应行(以上图中红色部分)：响应数据的第一行。响应行由协议及版本、响应状态码、状态码描述组成
- 协议/版本：HTTP/1.1
- 响应状态码：200
- 状态码描述：OK

响应头(以上图中黄色部分)：响应数据的第二行开始。格式为key：value形式

http是个无状态的协议，所以可以在请求头和响应头中设置一些信息和想要执行的动作，这样，对方在收到信息后，就可以知道你是谁，你想干什么

常见的HTTP响应头有:

Content-Type：表示该响应内容的类型，例如text/html，image/jpeg ；

Content-Length：表示该响应内容的长度（字节数）；

Content-Encoding：表示该响应压缩算法，例如gzip ；

Cache-Control：指示客户端应如何缓存，例如max-age=300表示可以最多缓存300秒 ;

Set-Cookie: 告诉浏览器为当前页面所在的域设置cookie ;

响应体(以上图中绿色部分)：响应数据的最后一部分。存储响应的数据
- 响应体和响应头之间有一个空行隔开（作用：用于标记响应头结束）

2.3.2 响应状态码

状态码分类	说明
1xx	响应中 — 临时状态码。表示请求已经接受，告诉客户端应该继续请求或者如果已经完成则忽略
2xx	成功 — 表示请求已经被成功接收，处理已完成
3xx	重定向 — 重定向到其它地方，让客户端再发起一个请求以完成整个处理
4xx	客户端错误 — 处理发生错误，责任在客户端，如：客户端的请求一个不存在的资源，客户端未被授权，禁止访问等
5xx	服务器端错误 — 处理发生错误，责任在服务端，如：服务端抛出异常，路由出错，HTTP版本不支持等

关于响应状态码，我们主要认识三个状态码：

200 ok 客户端请求成功
404 Not Found 请求资源不存在
500 Internal Server Error 服务端发生不可预期的错误

2.4 HTTP-协议解析

说明：通过代码自定义的一个服务器，主要使用到的是ServerSocket和Socket

/*
 * 自定义web服务器
 */
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...");

        while (true){
            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();
             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 {
        BufferedReader reader = new BufferedReader(new InputStreamReader(input, StandardCharsets.UTF_8));
        BufferedWriter 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("HTTP/1.0 404 Not Found\r\n");
            writer.write("Content-Length: 0\r\n");
            writer.write("\r\n");
            writer.flush();
        } else {// 发送成功响应:
            //读取html文件，转换为字符串
            InputStream is = Server.class.getClassLoader().getResourceAsStream("html/a.html");
            BufferedReader br = new BufferedReader(new InputStreamReader(is));
            StringBuilder data = new StringBuilder();
            String line = null;
            while ((line = br.readLine()) != null){
                data.append(line);
            }
            br.close();
            int length = data.toString().getBytes(StandardCharsets.UTF_8).length;

            writer.write("HTTP/1.1 200 OK\r\n");
            writer.write("Connection: keep-alive\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.toString());
            writer.flush();
        }
    }
}

启动ServerSocket程序：
在这里插入图片描述

浏览器输入：http://localhost:8080 就会访问到ServerSocket程序

ServerSocket程序，会读取服务器上html/a.html文件，并把文件数据发送给浏览器
浏览器接收到a.html文件中的数据后进行解析，显示以下内容

在这里插入图片描述

现在大家知道了服务器是可以使用java完成编写，是可以接受页面发送的请求和响应数据给前端浏览器的，而在开发中真正用到的Web服务器，我们不会自己写的，都是使用目前比较流行的web服务器。如：Tomcat

在这里插入图片描述

2. WEB服务器-Tomcat

2.1 简介

2.1.1 服务器概述

服务器硬件

指的也是计算机，只不过服务器要比我们日常使用的计算机大很多。

在这里插入图片描述

服务器，也称伺服器。是提供计算服务的设备。由于服务器需要响应服务请求，并进行处理，因此一般来说服务器应具备承担服务并且保障服务的能力。

服务器的构成包括处理器、硬盘、内存、系统总线等，和通用的计算机架构类似，但是由于需要提供高可靠的服务，因此在处理能力、稳定性、可靠性、安全性、可扩展性、可管理性等方面要求较高。

在网络环境下，根据服务器提供的服务类型不同，可分为：文件服务器，数据库服务器，应用程序服务器，WEB服务器等。

服务器只是一台设备，必须安装服务器软件才能提供相应的服务。

服务器软件

服务器软件：基于ServerSocket编写的程序

服务器软件本质是一个运行在服务器设备上的应用程序
能够接收客户端请求，并根据请求给客户端响应数据

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2.1.2 Web服务器

Web服务器是一个应用程序(软件)，对HTTP协议的操作进行封装，使得程序员不必直接对协议进行操作(不用程序员自己写代码去解析http协议规则)，让Web开发更加便捷。主要功能是"提供网上信息浏览服务"。

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Web服务器是安装在服务器端的一款软件，将来我们把自己写的Web项目部署到Tomcat服务器软件中，当Web服务器软件启动后，部署在Web服务器软件中的页面就可以直接通过浏览器来访问了。而对于Web服务器来说，实现的方案有很多，Tomcat只是其中的一种，而除了Tomcat以外，还有很多优秀的Web服务器，比如:
在这里插入图片描述

2.1.3 Tomcat

Tomcat服务器软件是一个免费的开源的web应用服务器。是Apache软件基金会的一个核心项目。由Apache，Sun和其他一些公司及个人共同开发而成。

由于Tomcat只支持Servlet/JSP少量JavaEE规范，所以是一个开源免费的轻量级Web服务器。

JavaEE规范： JavaEE => Java Enterprise Edition(Java企业版)

avaEE规范就是指Java企业级开发的技术规范总和。包含13项技术规范：JDBC、JNDI、EJB、RMI、JSP、Servlet、XML、JMS、Java IDL、JTS、JTA、JavaMail、JAF

因为Tomcat支持Servlet/JSP规范，所以Tomcat也被称为Web容器、Servlet容器。JavaWeb程序需要依赖Tomcat才能运行。

Tomcat的官网: https://tomcat.apache.org/

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