关于HTTP协议、万维网文档以及网络编程的基础梳理

最新推荐文章于 2024-08-01 21:49:36 发布
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分类专栏： 网络编程 文章标签： 网络 http java
版权声明：本文为博主原创文章，遵循 CC 4.0 BY-SA 版权协议，转载请附上原文出处链接和本声明。
本文链接：https://blog.youkuaiyun.com/weixin_44291161/article/details/106881752
版权

常用协议

IP协议：是一个分组交换，不保证可靠传输。
TCP协议：传输控制协议，面向连接、可靠传输、双向通信。
TCP协议是建立在IP协议之上的，（对应TCP/IP模型）IP协议只负责发数据包，不保证顺序和正确性，而TCP协议负责控制数据包传输，它在传输数据之前需要先建立连接，建立连接后才能传输数据，传输完后还需要断开连接。TCP协议之所以能保证数据的可靠传输，是通过通信双方接收确认、超时重传这些机制实现的。并且，TCP协议允许双向通信，即通信双方可以同时发送和接收数据。

TCP协议也是应用最广泛的协议，许多高级协议都是建立在TCP协议之上的，例如HTTP、SMTP等。

UDP协议（User Datagram Protocol）：一种数据报文协议，它是无连接协议，不保证可靠传输（因为UDP协议在通信前不需要建立连接，所以没有接收确认等机制，发送方只管发，不需要等待接收方返回的确认消息，所以它的传输效率比TCP高，但不保证传输的可靠，数据可能丢失），另外UDP协议比TCP协议要简单得多。

选择UDP协议时，传输的数据通常是能容忍丢失的，例如，一些语音视频通信，比如QQ。

HTTP协议是属于应用层的一个协议，我们每天都在经常接触，但当我们在浏览器中输出网址时，数据究竟是怎样在客户端和服务器端传输的呢？这需要我们了解http协议是怎样工作的。

超文本传送协议HTTP

协议就是规则，HTTP协议规定了怎样向万维网服务器请求文档，及服务器怎样把文档返回给浏览器。实际就是客户端和服务器端交互的一种通讯的格式。

  • 大致工作流程如下：
  1. 每个万维网网点都有一个服务器进程，不断监听TCP的80端口，看是否有浏览器向他发出连接请求。
  2. 浏览器发起请求连接， 服务器监听到连接请求后，接受该请求并建立TCP连接。（TCP三次握手）
  3. 浏览器向服务器发送某个资源的请求
  4. 服务器返回所请求的资源对象作为响应
  5. 释放TCP连接（TCP四次挥手）

到现在为⽌，HTTP协议已经有四个版本了：
HTTP1.0
HTTP1.1
HTTP/2
HTTP/3

这种发送一次请求，返回响应后就断开TCP连接的叫做非持续连接，也叫短链接，即发送一次HTTP请求，就要建立一次TCP连接，这种是发出耗时的，会加重服务器负担。（因为建立一次TCP连接需要三次握手，释放需要四次挥手）。HTTP/1.0就是这种短链接的。

可以打开开发者工具，选中某一条请求，在消息头中查看HTTP版本。

HTTP/1.1使用了持续连接，就是在服务器发送响应后会在一段时间内保持该连接，使得浏览器和服务器可以继续在该连接上通信。当然该连接不会一直持续下去，会设置一个定时器，如果超过了时间浏览器还没有发送请求，就会断开连接。
HTTP/1.1的持续连接有非流水线方式（客户在收到前一个请求返回的响应后才能发送下一个请求）和流水线方式（pipelining）。
非流水线： 客户在收到响应报文之前可以接着发送请求， 这样就可以就减少TCP空闲，提高通信效率。
HTTP 1.1中还引⼊了 Chunked transfer-coding ，范围请求，实现断点续传(实际上就是利⽤HTTP消息头使⽤分块传输编码 ，将实体主体，即数据分块传输)。
至于HTTP/2，又新增了很多东西，HTTP/2 is the future of the Web.

  • HTTP使用了TCP作为传输层协议，TCP是面向连接，安全可靠的。但HTTP本身是无连接的，及在交换HTTP报文之前，通信双方是不需要建立HTTP连接的。
  • HTTP协议是无状态的。意思就是没有记忆力，当用户发送⼀次HTTP请求后，再发送⼀次HTTP请求，HTTP并不知道当前客户端是⼀个”⽼⽤户“。这样做的优点是：简化了服务器的设计，使服务器可以接收大量并发的HTTP请求，提高了效率。
    但是互联网怎么可能没有“记忆”，如果没有记忆，不知道该请求是哪一个用户操作的会很可怕。所以使用Cookie来跟踪用户。

Cookie

Cookie就相当于⼀个通⾏证，当用户第一次浏览某个使用Cookie的网站时，服务器就会给用户A参数一个唯一的”识别码“，并将该识别码放到响应报文中，即添加一个首部行：
Set-cookie:识别码
当用户A再次浏览时，就会从他的Cookie文件中取出这个识别码，放到HTTP请求报文中，即添加首部行：
Cookie:识别码
那么服务器就知道这个是”⽼⽤户“。如果用户A在几天后继续使用同一个电脑访问该网站，那么浏览器会在HTTP请求报文中继续使用该Cookie,并且服务器还可以根据A以前的访问记录向用户A推荐商品。
这也是我们在生活经常遇见的。比如，我第一次登陆了某个网站，就比如优快云吧，这时需要填写登录信息，账号，密码。但几天后我再次在浏览器输入该网站时，直接跳转到该登陆后的界面，就不需要再次登录了，这就是因为HTTP请求报文中携带了同样的Cookie首部行，所以服务器可以验证出我们是”老用户“。

万维网文档

1、超文本标记语言HTML

说到html大家都很熟悉了，不就是网页嘛。其实准确来说，html是制作万维网页面（网页）的标准语言。HTML并不是应用层的协议，它只是浏览器使用的一种语言。

2、XML可扩展标记语言

XML文档实例看上面的图片是不是觉得XML和HTML很相似，
是的，XML和HTML结构很像，但也很大的不同。XML是为了传输数据，描述数据，而不是显示数据。
就像下面的XML图片就很好的描述了一组数据。

在这里插入图片描述

  • 用户可以无限制地自定义XML标记，如上面图片种的可以根据用户需要自定义，而在html种必须使用指定的标签和格式，比如等等。因此XML可以集成各种不同来源和类型的数据，使其呈现结构化，更好的在万维网上传输和交换。

XML的简单使其易于在任何应用程序中读写数据，这使XML很快成为数据交换的唯一公共语言，虽然不同的应用软件也支持其它的数据交换格式，比如JSON，但不久之后他们都将支持XML，程序可以更容易加载XML数据到程序中并进行分析操作，然后以XML格式输出结果。

至于这样自定义标记的语言怎么被程序识别，就需要用到XML解析了。

  • XML是平台无关的，并且将用户界面和数据分离了,所以是不依赖浏览器的。

  • XML也常用来描述数据，存储的软件参数，我们看见的配置文件常以.xml作为文件名。

  • 作为存储数据，XML不同于Acess,SQLSever等数据库除了存储数据还可以进行增删改查等操作，XML只是以文本的形式显示存储数据，没有其他复杂的功能。

  • 可以通过浏览器验证XML文件的正确性。如下图，格式准确
    在这里插入图片描述
    如果格式错误，浏览器会报错。

XML解析

XML有两种解析方式：DOM和 SAX。

  • DOM ：这个在HTML中就应该熟悉了， 文档的树形结构。DOM解析是一次将整个文档树加载到内存中，然后从根节点开始依次遍历进行解析，可想而知这样占用内存，但是解析方便。
  • SAX ：流解析。从文档头到文档尾，以流的方式，边读边解析。因此无论XML有多大，占用的内存都很小。
package webserver;

import org.xml.sax.Attributes;
import org.xml.sax.SAXException;
import org.xml.sax.helpers.DefaultHandler;

import javax.xml.parsers.ParserConfigurationException;
import javax.xml.parsers.SAXParser;
import javax.xml.parsers.SAXParserFactory;
import java.io.IOException;
import java.util.Objects;

/**
 * 利用Sax进行解析XML文档------->流解析，从文档上到下
 * 1、获取解析工厂
 * 2、从工厂获取解析器
 * 3、加载文档Docunment注册处理器
 * 4、编写处理器----->核心
 * 5、解析
 * */
public class Sax {
    public static void main(String[] args) throws ParserConfigurationException, SAXException, IOException {
        //1、获取解析工厂
        SAXParserFactory factory = SAXParserFactory.newInstance();
        //2、从工厂获取解析器
        SAXParser parse = factory.newSAXParser();
        //3、编写处理器----->核心，这里写了一个类
         //4、加载文档Docunment注册处理器
        MyHander handler = new MyHander();
           
        //5、解析
        parse.parse(Main.class
                .getResourceAsStream("webserver/person.xml")),handler);

    }
}


//处理器
class MyHander extends DefaultHandler{
    @Override
    public void startDocument() throws SAXException {
        System.out.println("解析开始");
    }

    @Override
    //解析每一个标签
    public void startElement(String uri, String localName, String qName, Attributes attributes) throws SAXException {
        System.out.println(qName+"标签开始解析");  //qname为内容
    }

    @Override
    //Receive notification of character data inside an element.解析内容
    public void characters(char[] ch, int start, int length) throws SAXException {
        System.out.println("内容为： "+new String(ch,start,length));
    }

    @Override
    public void endElement(String uri, String localName, String qName) throws SAXException {
        System.out.println(qName+"标签解析完成");
    }


    @Override
    public void endDocument() throws SAXException {
        System.out.println("解析完成");
    }
}

3、JSON

(JavaScript Object Notation) 是一种轻量级的数据交换格式。易于人阅读和编写，也易于机器解析和生成。

JSON也可以存储其他类型的数据，比如对象，数组啊，但总的来说，扩展性不如XML。从名字可以看出来，json和javaScript经常打交道，JSON 是 JS 对象的字符串表示法，它使用文本表示一个 JS 对象的信息，本质是一个字符串。常用来存储JS对象。

相比XML的重量级，JSON语法格式更简单，层次结构更清晰，所以明显要比 XML 容易阅读，并且在数据交换时JSON 使用更少的字符，可以节约传输数据所占用的带宽。xml的解析也更复杂。但总的来说，XML有更广阔的适用领域。
下面是XML和JSON的示例

在这里插入图片描述

4、动态文档

上面所说的html页面，xml,json都是静态文档。静态文档在生成后存放到服务器中，其内容是不会改变的。
但我们日常接触的网页都是实时刷新的，并且有的内容是根据用户生成的唯一的页面，比如，常见 的网页中的个人中心，这些文档都是在用户登陆后才由应用程序动态生成的，不是一开始就存在服务器里面的。
动态文档的开发很复杂，不只是写写html文档就行,还涉及到应用程序的编写。
从浏览器看，静态文档和动态稳文档，在呈现的页面上没有差别，都遵循HTML格式。两者的差异主要体现在服务器端上生成文档内容的方式不同。

动态文档由服务器中的应用程序（CGI程序）创建。该程序遵循CGI标准。流程如下：服务器将浏览器发来的数据传送给CGI应用程序，CGI根据这些数据来创建动态文档，服务器将应用程序的输出进行解释，向浏览器返回HTML文档。

5、活动万维网文档

动态文档一旦创建后，其内容也是固定了的，并且无法提供动画之类刷新屏幕的效果。所以需要新的技术来实现浏览器屏幕的持续更新。

  • 一是服务器推送（push) 。这种是将工作交给服务器，服务器端不断运行与动态文档相关的应用持续，定期更新。但是这样会加大服务器负担
  • 二是活动文档，把所有工作交给浏览器。当浏览器请求一个活动文档时，服务器会发回一个程序副本，让该副本在浏览器端运行，并且可以直接实现和用户的交互。
    活动文档不需要和服务器持续地传送更新的文档，也节约了带宽。


JAVA语言是一项用于创建和运行活动文档的技术。Java网络编程中，通过TomCat服务器作为一个Servlet和JSP容器运行在后端，执行某些操作来生成动态文档返回给浏览器的。这里插播一个图，可以更好的理解。
Tomcat和Servlet

  • Socket套接字
    套接字是传输层为应用层开的一个小口，应用程序通过这个小口，向远程发送数据，接收远程传来的数据。
    Socket编程由两种，一种是居于UDP协议，一种基于TCP协议。下面代码展示的是基于TCP的连接。
    主要流程：
    1.服务器端创建ServerSocket,在指定端口监听客户端的连接请求
    2.客户端创建Socket，向服务器端发送请求
    3.服务器accept请求，建立连接
    4.客户端发送服务请求，传送数据
    5.服务器端接收请求并处理，返回结果给客户端
    6 关闭流和Socket对象

下面代码展示了JAVA中如何利用TCP编程进行简单的用户登录。

import java.io.DataInputStream;
import java.io.DataOutputStream;
import java.io.IOException;
import java.net.ServerSocket;
import java.net.Socket;

public class Server {
    public Server() {
    }

    public static void main(String[] args) throws IOException {
        ServerSocket server = new ServerSocket(8888); //指定端口接收请求
        Socket client = server.accept(); //接收连接请求，客户端和服务器端的连接就建立起来了
        DataInputStream dis = new DataInputStream(client.getInputStream());  //接收客户端发来的请求，读数据
        String username = dis.readUTF();  //读取用户名
        String password = dis.readUTF();  //读取密码
        DataOutputStream dos = new DataOutputStream(client.getOutputStream());  //向客户端发送响应，写数据
        if (username.equals("思维特儿") && password.equals("12345678")) {
            dos.writeUTF("登录成功，欢迎回来");
        } else {
            dos.writeUTF("用户名或密码错误");
        }

        dos.close();  //关闭流
        dis.close();
    }
}

下面是客户端

//导入相关类
import java.io.BufferedReader;
import java.io.DataInputStream;
import java.io.DataOutputStream;
import java.io.IOException;
import java.io.InputStreamReader;
import java.net.Socket;

//客户端
public class Client {
    public Client() {  //无参构造器，JDK9之后要求加上
    }

    public static void main(String[] args) throws IOException {
        Socket client = new Socket("localhost", 8888);  //绑定服务器的IP地址和指定端口
        DataOutputStream dos = new DataOutputStream(client.getOutputStream());  //向服务器端发送请求，写数据
        BufferedReader info = new BufferedReader(new InputStreamReader(System.in)); //读取用户的输入
        System.out.println("请输入用户名:");
        String username = info.readLine();
        System.out.println("密码:");
        String password = info.readLine();
        dos.writeUTF(username);
        dos.writeUTF(password);
        info.close();
        dos.flush();
        DataInputStream dis = new DataInputStream(client.getInputStream());   //读取服务器端返回的响应，读数据
        String result = dis.readUTF();
        System.out.println(result);
        dis.close();
        dos.close();  //关闭流
    }
}

注意：要先运行服务器端，程序才能跑起来。另外在关闭流时，最后在IO流要读写操作都完成后再一起关闭，不然关闭IO流时，Socket流也会关闭，就会报Socket is closed 错误。亲测是这样。。。

下面代码展示了JAVA中如何实现HTTP请求

//ava标准库提供了基于HTTP的包
import java.net.URI;
import java.net.URISyntaxException;
import java.net.http.HttpClient;
import java.net.http.HttpRequest;
import java.net.http.HttpResponse;
import java.nio.charset.StandardCharsets;
import java.time.Duration;
import java.util.List;
import java.util.Map;
import java.io.IOException;

/**
 * 早期的JDK版本是通过HttpURLConnection访问HTTP，
 * 新版使用HttpClient,链式调用并通过内置的BodyPublishers和BodyHandlers来更方便地发送和处理数据。

//---------以下是Get请求方式-------

public class httpClient {
    //全局HttpClient实例
    static HttpClient client = HttpClient.newBuilder().build(); //实例化

    public static void main(String[] args) throws URISyntaxException, IOException, InterruptedException {
        String url = "https://www.baidu.com";
        HttpRequest request = HttpRequest.newBuilder(new URI(url))
                .header("User-Agent","java httpclient")  //客户端自身标识信息，服务器依靠User-Agent判断// 客户端类型；
                //接收什么类型的内容
                .headers("Accept","*/*")
                //设置超时，5秒
                .timeout(Duration.ofSeconds(5))
                //设置HTTP版本
                .version(HttpClient.Version.HTTP_2).build();

        HttpResponse<String> response = client.send(request,
                HttpResponse.BodyHandlers.ofString());  //获取字符串
               //如果是二进制内容，如图片，换成HttpResponse.BodyHandlers.ofByteArray()，获得一个HttpResponse<byte[]>对象。
       
        Map<String, List<String>> headers = response.headers().map();
        for(String header : headers.keySet()){
            System.out.println(header+headers.get(header).get(0));  //只输出每个header的第一个值
        }
        //GET请求，只有HTTP Header，没有HTTP Body。
        // POST请求，带有HTTP Header 和 Body，以一个空行分隔
        //响应都有body
        System.out.println(response.body().substring(0,1024)+"....."); //输出响应体的前一个字节欸等内容
    }
}

结果如下：
在这里插入图片描述
下面是POST请求方式

public class httpClient {
    //全局HttpClient实例
    static HttpClient client = HttpClient.newBuilder().build(); //实例化

    public static void main(String[] args) throws URISyntaxException, IOException, InterruptedException {
    //要发送POST请求，就要准备请求的HTTP Body 并正确设置Content-Type
        String url = "http://eol.sicau.edu.cn/Login";  //课程平台
        String body = "username=201803&password=123456";

        HttpRequest request = HttpRequest.newBuilder(new URI(url))
                .header("User-Agent","java httpclient")  //客户端自身标识信息，服务器依靠User-Agent判断客户端类型；
                //接收什么类型的内容，"*/*"表示任意格式
                .headers("Accept","*/*")
                .header("Content-Type","application/x-www-form-urlencoded")
                //设置超时，5秒
                .timeout(Duration.ofSeconds(5))
                //设置HTTP版本
                .version(HttpClient.Version.HTTP_2)
                //使用POST 设置Body
                .POST(HttpRequest.BodyPublishers.ofString(body, StandardCharsets.UTF_8))
                .build();

        HttpResponse<String> response = client.send(request,
                HttpResponse.BodyHandlers.ofString());  //获取字符串
        //如果是二进制内容，如图片，就要换成HttpResponse.BodyHandlers.ofByteArray()，获得一个HttpResponse<byte[]>对象。
       
        Map<String, List<String>> headers = response.headers().map();
        for(String header : headers.keySet()){
            System.out.println(header+":"+headers.get(header).get(0));  //只输出每个header的第一个值
        }
        //GET请求，只有HTTP Header，没有HTTP Body。
        // POST请求，带有HTTP Header 和 Body，以一个空行分隔
        //响应都有body
        System.out.println(response.body().substring(0,1024)+"....."); //输出响应体的前一个字节的内容
    }
}

运行效果截图
在这里插入图片描述

关于JavaWeb 这一块儿还有很多知识要学习，比如Tomcat，Servlet，Spring等等其中更复杂，所以需要打好HTTP还有关于网络这一块儿的基础知识。

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weixin_42436482的博客
08-10 1775
龙源期刊网 http://doc.wendoc.com万维网的HTTP和FTP协议作者：周开强张广旭鹿利秋来源：《艺术科技》2016年第06期摘要：20世纪40年代以来，人们就梦想能拥有一个世界性的信息库。在这个信息库中，信息不仅能被全球的人们存取，而且能轻松地链接到其他地方的信息，使用户可以方便快捷地获得重要的信息。1991年8月6日，伯纳斯·李发表万维网项目简介的文章。标志着万维网公共服务的首...
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