Java EE(18)——网络原理——应用层HTTP协议

一.初识HTTP协议

HTTP(HyperText Transfer Protocol，超文本传输协议)是用于在客户端（如浏览器）和服务器之间传输超媒体文档（如HTML）的应用层协议。
HTTP协议发展至今发布了多个版本，其中1.0，1.1，2.0是基于传输层TCP协议实现的，3.0是基于UDP实现的

版本	关键特性
HTTP/1.0	基本请求-响应模型，短连接（每次请求新建TCP连接）
HTTP/1.1	持久连接（默认复用TCP连接）
HTTP/2	二进制分帧、多路复用、头部压缩、服务器推送（Server Push）
HTTP/3	UDP实现、更快的连接建立和传输

目前广泛使用的是1.1和2.0版本，本文最主介绍1.1版本
我们平时打开一个网站就是通过HTTP/HTTPS协议(这个后面介绍)来传输数据的
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二.理解 HTTP 协议的工作过程

当我们在浏览器输入一个网址(URL)，浏览器就会根据网址向对应的服务器发起HTTP请求，服务器接收请求后就会返回HTTP响应
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但实际上访问一个网站可能涉及不止一次的HTTP请求和响应，总之HTTP协议的特点是：发送一个请求，返回一次响应

三.HTTP协议格式

3.1 HTTP请求

HTTP请求包含首行，请求头，空行，请求正文四个部分
这个响应只有首行和请求头
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3.1.1URL和方法

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3.1.1.1 URL(唯一资源定位符)

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(1)服务器地址:定位服务器(主机)
(2)服务器端口号:定位到具体的应用程序
(3)文件路径:定位访问的资源。该路径可以对应真实的硬盘文件，也可以是虚拟的文件
(4)query string:针对请求的内容(正文)进行补充说明
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query string 中的键值对是程序员自定义的
(5)片段标识符:以#开始，不会发送到服务器，用于定位当前页面的某个部分

3.1.1.2URL编码(URL Encoding)

URL编码是一种将特殊字符转换为安全传输格式的机制。它确保URL中仅包含合法字符，避免歧义或解析错误
例如：
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URL编码规则

保留字符必须编码
以下字符在URL中有特殊用途，若要在非结构位置使用，必须编码：
```
! * ' ( ) ; : @ & = + $ , / ? # [ ] %
```
- 示例：& → %26，空格 → %20，? → %3F。
非保留字符无需编码
字母（A-Z, a-z）、数字（0-9）以及- _ . ~可直接使用。
非ASCII字符编码
非英文字符（如中文）先按UTF-8转换为字节，再对每个字节编码：
- 示例：北 → UTF-8字节为E5 8C 97 → %E5%8C%97。
空格的特殊处理
空格可编码为%20或+（仅查询参数中允许+，路径中必须用%20）

3.1.1.3方法

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HTTP协议的请求和响应数据绝大部分是使用GET和POST方法，所以主要介绍GET和POST方法
GET：从服务器获取资源(如请求网页，查询数据)
POST：向服务器提交数据(如提交表单，上传文件)
以上GET和POST方法的作用是HTTP标准文档的建议，但HTTP协议是应用层协议，程序员有很大操作空间。如果程序员非要让POST方法获取服务器资源，让GET方法提交数据，实际上是可以这么做的。所以GET和POST方法没有硬性的区分规则，主要看程序员如何使用。不过从使用习惯上来说，GET和POST方法也有区别

(1)GET习惯于将数据放在query string；POST习惯将数据放在body(正文)里
(2)GET方法一般没有body，因为数据放在query string里了；
   POST一般有body，因为body里面存放着数据(除非这次请求没数据)
(3)GET方法是幂等的，POST方法是非幂等的
   每次输入的内容一致，输出的结果也一致，就叫幂等
   每次输入的内容一致，输出的结果不一致，就叫非幂等
   但是搜购的广告请求使用的GET就不是幂等的，只能说幂等这件事不绝对
(4)因为GET是幂等的，所以支持缓存；而POST不支持

以上区别只是从使用习惯上来划分的，这些区别都不绝对

(5)GET方法的请求可以被浏览器收藏夹收藏，而POST方法的请求不行。这和浏览器的实现有关，原因我可以简略说一下：
浏览器收藏夹收藏的是URL，当用户通过收藏夹来访问的时候本质上是拿到收藏夹中的URL来进行访问。
根据GET方法的使用习惯，GET方法的数据是放在query string里的，所以访问URL可以正常访问到上次的页面
而POST方法的数据一般是存放在body中的，收藏夹不会收藏body，只会收藏URL，这就导致收藏夹收藏的信息不全，那通过收藏夹来访问，可能无法访问到上次的页面

对于GET和POST方法的区别，以下的说法不太严谨
(1)GET方法比POST方法更安全。当登录账号的时候，使用GET方法密码会显示在query string上，能直接被看到；而POST方法会把密码保存在body中，不会被直接看到。所以POST比GET安全
我的看法：放在body中也不安全，一个抓包照样能看到，如果使用HTTPS协议来加密，即便把密码显示在query string中，也是安全的
(2)GET方法传输的数据量上限比POST低
我的看法：这种说法有一定道理。因为在多年前，IE浏览器限制了URL的长度，GET方法是把数据放在query string中的，这可能会限制GET方法的传输上限。但是HTTP标准文档上面明确说了，对于URL长度不做限制。而且在今天，比较长的URL也是挺常见的。所以这个说法在今天不太适用了
(3)GET方法只能携带文本数据，POST方法可以携带二进制数据
我的看法：不全对。
因为GET方法通过query string来携带数据，query string只能携带文本数据。但是可以将二进制数据URL Encoding转码，到达服务器后再URL Decoding还原成二进制数据
虽然POST方法的body可以直接携带二进制数据，但很多时候也使用了URL Encoding来转码

3.1.2请求头

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请求头的格式是键值对，键值对的种类很多，这里介绍几个常见的

(1)Host:表示目的服务器的地址和端口号

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这里的Host没有显示端口号，但其实端口号被设置了一个默认值，和协议的类型有关(HTTP是80，HTTPS是443)。绝大多数情况下，Host中的地址和URL中的地址是一样的。

根据RFC 7230，当请求行中的URL为绝对URI（例如GET http://example.com/index.html HTTP/1.1）时，客户端必须在Host头中设置与URI中完全一致的域名（Host: example.com），且不允许不一致。

如果请求行中使用相对路径（例如GET /index.html HTTP/1.1），Host头必须明确指定目标域名（如Host: example.com），此时两者通过不同方式指向同一域名，逻辑上一致

(2)Content-Length:表示body的长度

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用于处理粘包问题。因为HTTP(1.0/1.1/2.0)都是基于TCP协议实现的，TCP传输的单位是字节，当发送方发送多个HTTP请求时，接收方的接收缓冲区就会积累多个数据包，这时候就需要明确包与包之间的边界

(3)Content-Type:表示body中数据的格式

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body的格式很多，甚至可以由程序员自定义，这里介绍三个常见的：
1.application/x-www-form-urlencoded:这是form表单提交的数据格式，此时body的格式就类似于query string
2.application/json:此时body数据为json格式
3.multipart/from-data:通常用于HTML提交图片或者文件

(4)User-Agent表示浏览器或者操作系统的属性，简称UA

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UA 在早年是一个非常有用的字段，网站的开发者可以根据它来检测页面的兼容性。例如：某程序员发开出的网页使用了某些新特性，通过UA检测用户的设备类型。如果是老设备，那么返回的页面就不显示新特性，保证正常显示；如果是新设备，那就显示新特性，以提高用户体验

(5)Referer:表示这个页面从哪个页面跳转过来的，这个字段很有用

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当在浏览器输入"蛋糕"时，会弹出很多广告，这些广告是蛋糕厂商投射到某个浏览器的。我们点击搜狗的蛋糕广告，搜狗就能赚广告费；点击百度的蛋糕广告，百度就能赚广告费。到时候收取广告费的时候就需要通过Referer字段来判断搜狗的点击量有多少，百度的点击量有多少
注：如果直接在浏览器中输入URL, 或者直接通过收藏夹访问页面时是没有Referer的

(6)Cookie:是一个浏览器本地持久化保存数据的机制(数据写入硬盘)

浏览器上运行的网页能否通过浏览器提供的API来读写硬盘？
理论上是可以的，但是浏览器禁止这么做(因为安全性)。打开一个网站只需要鼠标点一下，如果打开的是一个黑客开发的恶意网站，此时黑客通过网页来读写你的硬盘(删除重要的文件/资料)，那就麻烦了，所以浏览器禁止网页直接读写硬盘。
但是某些情况下确实需要再浏览器本地长期保存部分信息(比如当前登录的用户的身份信息)，所以就引入了Cookie。Cookie能够有限度的存储一些数据，但不能直接访问文件系统
Cookie的结构：Cookie通过键值对来存储字符串。键值对之间使用分号分割，键和值之间使用等号分割
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Cookie的发送和设置：

3.2 HTTP响应

HTTP请求包含首行，响应头，空行，响应正文四个部分
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3.2.1状态码

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作用：响应状态码用于表示客户端HTTP请求的结果，由三位数字组成

状态码大全

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这里介绍几种常见的状态码：
(1) 200 OK：请求成功
(2) 404 Not Found：请求的资源没找到(URL中的路径不存在)
(3) 403 Forbidden：请求的资源没有权限访问/权限不够
(4) 405 Method Not Allowed：请求的方法对资源不被允许(比如服务器只允许GET方法，你发的请求使用的是POST方法)
(5) 500 Internal Server Error：服务器内部错误(服务器挂了)
(6) 504 Gateway Timeout：访问服务器超时(可能是服务器挂了/负载较大导致处理单条请求的时间过长，也可能是网挂了)
(7) 302 Move temporarily(临时重定向)：临时重定向表示请求的资源暂时位于不同的URI下。由于是临时的，客户端在之后的请求中仍应继续使用原有的URI。例如，网站在进行维护时，可以使用302重定向到维护页面
(8) 301 Moved Permanently(永久重定向)：永久重定向表示请求的资源已经被永久地移动到新的URI。搜索引擎会更新其索引，将旧URL替换为新URL。适用于那些你知道资源已经永久移动到新的位置

3.2.2响应头

请求头和响应头的数据格式都差不多，但是响应头的Content-Type和请求头有所不同，这里就简单介绍一下

 text/html：表示数据格式是 HTML

```
 text/css：表示数据格式是 CSS
```

 application/javascript：表示数据各式是 JavaScript

 application/json：表示数据格式是 JSON

四.小结

HTTP协议就先暂时介绍到这里，下篇博文来讲讲HTTPS