淺析Java web程序之客戶(hù)端和服務(wù)器端交互原理
1. 協(xié)議
a. TCP/IP整體構(gòu)架概述
TCP/IP協(xié)議并不完全符合OSI的七層參考模型。傳統(tǒng)的開(kāi)放式系統(tǒng)互連參考模型，是一種通信協(xié)議的7層抽象的參考模型,其中每一層執(zhí)行某一特定任務(wù)。該模型的目的是使各種硬件在相同的層次上相互通信。這7層是:物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、網(wǎng)路層、傳輸層、話(huà)路層、表示層和應(yīng)用層。而TCP/IP通訊協(xié)議采用了4層的層級(jí)結(jié)構(gòu)，每一層都呼叫它的下一層所提供的網(wǎng)絡(luò)來(lái)完成自己的需求。這4層分別為：
i. 應(yīng)用層：應(yīng)用程序間溝通的層，如超文本傳送協(xié)議（HTTP）、簡(jiǎn)單電子郵件傳輸（SMTP）、文件傳輸協(xié)議（FTP）、網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程訪問(wèn)協(xié)議（Telnet）等。
ii. 傳輸層：在此層中，它提供了節(jié)點(diǎn)間的數(shù)據(jù)傳送服務(wù)，如傳輸控制協(xié)議（TCP）、用戶(hù)數(shù)據(jù)報(bào)協(xié)議（UDP）等，TCP和UDP給數(shù)據(jù)包加入傳輸數(shù)據(jù)并把它傳輸?shù)较乱粚又?，這一層負(fù)責(zé)傳送數(shù)據(jù)，并且確定數(shù)據(jù)已被送達(dá)并接收。
iii. 互連網(wǎng)絡(luò)層：負(fù)責(zé)提供基本的數(shù)據(jù)封包傳送功能，讓每一塊數(shù)據(jù)包都能夠到達(dá)目的主機(jī)（但不檢查是否被正確接收），如網(wǎng)際協(xié)議（IP）。
iv. 網(wǎng)絡(luò)接口層：對(duì)實(shí)際的網(wǎng)絡(luò)媒體的管理，定義如何使用實(shí)際網(wǎng)絡(luò)（如Ethernet、Serial Line等）來(lái)傳送數(shù)據(jù)。
b. HTTP協(xié)議介紹：
i. HTTP是一種超文本傳送協(xié)議（HyperText Transfer Protocol）,是一套計(jì)算機(jī)在網(wǎng)絡(luò)中通信的一種規(guī)則。在TCP/IP體系結(jié)構(gòu)中，HTTP屬于應(yīng)用層協(xié)議，位于TCP/IP協(xié)議的頂層
ii. HTTP是一種無(wú)狀態(tài)的的協(xié)議，意思是指 在Web 瀏覽器（客戶(hù)端）和 Web 服務(wù)器之間不需要建立持久的連接。整個(gè)過(guò)程就是當(dāng)一個(gè)客戶(hù)端向服務(wù)器端發(fā)送一個(gè)請(qǐng)求(request)，然后Web服務(wù)器返回一個(gè)響應(yīng) (response),之后連接就關(guān)閉了，在服務(wù)端此時(shí)是沒(méi)有保留連接的信息。
iii. HTTP 遵循 請(qǐng)求/響應(yīng)(request/response) 模型的，所有的通信交互都被構(gòu)造在一套請(qǐng)求和響應(yīng)模型中。
iv. 瀏覽WEB時(shí)，瀏覽器通過(guò)HTTP協(xié)議與WEB服務(wù)器交換信息，Web服務(wù)器向Web瀏覽器返回的文件都有與之相關(guān)的類(lèi)型,這些信息類(lèi)型的格式由MIME定義。
c. 協(xié)議的java實(shí)現(xiàn)方式
不論是TCP/IP協(xié)議也好，還是HTTP協(xié)議也好，java都是通過(guò)套接字（java.net.Socket）來(lái)實(shí)現(xiàn)的，可以參考我的另一篇技術(shù)博客：一個(gè)項(xiàng)目看java TCP/IP Socket編程(1.3版)
2. HTTP報(bào)文接口及客戶(hù)端和服務(wù)器端交互原理
a. HTTP定義的事務(wù)處理由以下四步組成：
i. 建立連接：
例如我在瀏覽器里輸入 http://cuishen.iteye.com，客戶(hù)端請(qǐng)求這個(gè)地址時(shí)即打開(kāi)了web服務(wù)器HTTP端口的一個(gè)套接字。因?yàn)樵诰W(wǎng)絡(luò)中間作為傳遞數(shù)據(jù)的實(shí)體介質(zhì)就是網(wǎng)線(xiàn)，數(shù)據(jù)實(shí)質(zhì)上是通過(guò)IO流進(jìn)行輸出和輸入，這就不難理解我們?yōu)槭裁丛趯?xiě)一個(gè)Servlet的時(shí)候要引用 import java.io.*; 的原因 ，包括我們?cè)谙蚩蛻?hù)端回發(fā)結(jié)果的時(shí)候要用到PrintWriter對(duì)象的println()方法。其實(shí)請(qǐng)求的這個(gè)地址還要加上端口號(hào)80，80可以不寫(xiě)，是因?yàn)闉g覽器默認(rèn)的端口號(hào)是80。
在Java底層代碼中是這樣實(shí)現(xiàn)的，只不過(guò)它們已經(jīng)幫我們做了。
- Socket socket = new Socket("cuishen.iteye.com",80);
- InputStream in = socket.getInputStream();
- OutputStream out = socket.getOutputStream();
ii. 客戶(hù)端發(fā)送HTTP請(qǐng)求報(bào)文（request）
一旦建立了TCP連接，Web瀏覽器就會(huì)向Web服務(wù)器發(fā)送請(qǐng)求命令,是一個(gè)ASCII文本請(qǐng)求行，后跟0個(gè)或多個(gè)HTTP頭標(biāo)，一個(gè)空行和實(shí)現(xiàn)請(qǐng)求的任意數(shù)據(jù)。
即報(bào)文分四個(gè)部分：請(qǐng)求行，請(qǐng)求頭標(biāo)，空行和請(qǐng)求數(shù)據(jù)
1）請(qǐng)求行
請(qǐng)求行由三個(gè)標(biāo)記組成：請(qǐng)求方法、請(qǐng)求URL和HTTP版本，中間用空格分開(kāi)
例如： GET cuishen.iteye.com/blog/242842 HTTP/1.1
HTTP規(guī)范定義了8種可能的請(qǐng)求方法：(最常見(jiàn)的就是 GET 和 POST 兩種方法)
- GET -- 檢索URI中標(biāo)識(shí)資源的一個(gè)簡(jiǎn)單請(qǐng)求
- HEAD -- 與GET方法相同，服務(wù)器只返回狀態(tài)行和頭標(biāo)，并不返回請(qǐng)求文檔
- POST -- 服務(wù)器接受被寫(xiě)入客戶(hù)端輸出流中的數(shù)據(jù)的請(qǐng)求
- PUT -- 服務(wù)器保存請(qǐng)求數(shù)據(jù)作為指定URI新內(nèi)容的請(qǐng)求
- DELETE -- 服務(wù)器刪除URI中命名的資源的請(qǐng)求
- OPTIONS -- 關(guān)于服務(wù)器支持的請(qǐng)求方法信息的請(qǐng)求
- TRACE -- Web服務(wù)器反饋Http請(qǐng)求和其頭標(biāo)的請(qǐng)求
- CONNECT -- 已文檔化但當(dāng)前未實(shí)現(xiàn)的一個(gè)方法，預(yù)留做隧道處理
2）請(qǐng)求頭標(biāo)
請(qǐng)求頭標(biāo)：由key ：value 健值組成，每行一對(duì)。請(qǐng)求頭標(biāo)用來(lái)通知服務(wù)器有關(guān)客戶(hù)端的功能和標(biāo)識(shí)。
HOST -- 請(qǐng)求的哪一個(gè)服務(wù)器端地址，主地址，比如：我的技術(shù)blog：cuishen.iteye.com
User-Agent -- 用戶(hù)即客戶(hù)端可以使用的瀏覽器 ，如： Mozilla/4.0
Accept -- 即客戶(hù)端可以接受的MIME 類(lèi)型列表，如image/gif、text/html、application/msword
Content-Length -- 只適用于POST請(qǐng)求，以字節(jié)給出POST數(shù)據(jù)的尺寸
3）空行
發(fā)送回車(chē)符和退行，通知服務(wù)器以下不再有頭標(biāo)。
4）請(qǐng)求數(shù)據(jù)
使用POST傳送數(shù)據(jù)，最常使用的是Content-Type和Content-Length頭標(biāo)。
請(qǐng)求報(bào)文總結(jié)：
我們可以這樣寫(xiě)出一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的 HTTP請(qǐng)求：
| POST /blog/242842 HTTP1.1 HOST: cuishen.iteye.com/ User-Agent: Mozilla/4.0 Accpt: image/gif,text/html,application/pdf,image/png... key=value&key=value&key=value...... (POST()請(qǐng)求的數(shù)據(jù)) |
這上面的一個(gè)例子意思是：
| 我要去訪問(wèn)的服務(wù)器端的地址是cuishen.iteye.com/ 它下面的資源 /blog/242842 連起來(lái)就是： cuishen.iteye.com/blog/242842 這個(gè)頁(yè)面用的是 HTTP1.1 規(guī)范，我的瀏覽器版本是Mozilla/4.0 可以支持的MIME格式為 image/gif,text/html,application/pdf,image/png...等等 |
| 這個(gè)MIME格式我們?cè)趕ervlet中寫(xiě)法是：response.setContentType("text/html;charset=gb2312"); 或者在jsp中寫(xiě)法是：<%@ page contentType="text/html;charset=gb2312"%> 或者在html中寫(xiě)法是：<meta http-equiv="content-Type" content="text/html; charset=gb2312"> |
GET 和 POST 最直觀的區(qū)別就是：GET方法將數(shù)據(jù)的請(qǐng)求跟在了所請(qǐng)求的URL后面，也就是在請(qǐng)求行里面我們是這么樣來(lái)做的：
- GET /blog/242842?key=value&key=value&key=value......HTTP1.1
實(shí)際上用 GET 是這樣傳遞數(shù)據(jù)的：
- http://cuishen.iteye.com/?page=2......
iii.服務(wù)器端響應(yīng)請(qǐng)求生成結(jié)果并回發(fā)（response）
Web 服務(wù)器解析請(qǐng)求，定位指定的資源 http://cuishen.iteye.com/blog/242842
1）根據(jù)請(qǐng)求時(shí)的 GET/POST 對(duì)應(yīng)的用servlet里的 doGet() / doPost()方法來(lái)處理（有可能是一些業(yè)務(wù)邏輯，也有可能是一些驗(yàn)證等等，也有可能是一些數(shù)據(jù)查詢(xún)，提交等等）其有效的數(shù)據(jù)就來(lái)源于key=value&key=value&key=value......，以及其它的一些封裝在 request 對(duì)象中的數(shù)據(jù)資源。
2）處理請(qǐng)求之后，由 response 對(duì)象得到 java.io.PrintWriter 輸出流對(duì)象out，通過(guò) out.println(); 將數(shù)據(jù)以指定的格式，如按照response.setcontentType("text/html;charset=gb2312");的格式輸出到輸出流。
它的響應(yīng)報(bào)文與請(qǐng)求報(bào)文非常類(lèi)似，其區(qū)別就在于：我們?cè)谡?qǐng)求階段的請(qǐng)求行被狀態(tài)行給替換了，再來(lái)看響應(yīng)報(bào)文：
3）一個(gè)響應(yīng)報(bào)文由四個(gè)部分組成：狀態(tài)行、響應(yīng)頭標(biāo)、空行、響應(yīng)數(shù)據(jù)：
(a).狀態(tài)行：
狀態(tài)行由三個(gè)標(biāo)記組成：HTTP版本、響應(yīng)代碼和響應(yīng)描述。
| HTTP1.1 --- 100 --- continue //繼續(xù)追加后繼內(nèi)容 HTTP1.1 --- 200 --- OK //一切正常 HTTP1.1 --- 301 --- Moved Permanently //請(qǐng)求的文檔在其它地方，會(huì)自動(dòng)連接 HTTP1.1 --- 403 --- Forbidden //絕對(duì)拒絕你訪問(wèn)這個(gè)資源，不管授權(quán)沒(méi)有 HTTP1.1 --- 400 --- Bad Request //客戶(hù)端請(qǐng)求中的不良語(yǔ)法 HTTP1.1 --- 404 --- Not Found //最常見(jiàn)，絕對(duì)是大名鼎鼎的找不到 |
HTTP響應(yīng)碼：
| 1xx：提示性信息，告訴客戶(hù)端應(yīng)該對(duì)某些其它的動(dòng)作作出響應(yīng) 2xx：這些就代表了請(qǐng)求成功 3xx：重定向，為了完成請(qǐng)求，必須進(jìn)一步執(zhí)行的動(dòng)作 4xx：客戶(hù)端錯(cuò)誤 500-599: 服務(wù)器端的錯(cuò)誤 |
(b).響應(yīng)頭標(biāo)：像請(qǐng)求頭標(biāo)一樣，它們指出服務(wù)器的功能，標(biāo)識(shí)出響應(yīng)數(shù)據(jù)的細(xì)節(jié)。
| Date: Sat, 31 Dec 2005 23:59:59 GMT --響應(yīng)生成的日期和時(shí)間 ContentType: 'text/html;charset=gb2312' Content-Length: 122 --響應(yīng)中的字節(jié)數(shù)，只在瀏覽器使用永久（Keep-alive）HTTP連接時(shí)需要。 |
(c).空行：最后一個(gè)響應(yīng)頭標(biāo)之后是一個(gè)空行，發(fā)送回車(chē)符和退行，表明服務(wù)器以下不再有頭標(biāo)。
(d).響應(yīng)數(shù)據(jù)：HTML文檔和圖像等，也就是HTML本身。out.println("<html>......");寫(xiě)到客戶(hù)端。
- <html>
- <head>
- <title>Welcome to cuishen's IT blog</title>
- </head>
- <body>
- <!-- 這里是具體的內(nèi)容，看到了這里
- 相信大家對(duì) HTTP 工作原理及客戶(hù)端與服務(wù)器交互過(guò)程已經(jīng)很清楚了吧
- -->
- </body>
- </html>
iv. 服務(wù)器端關(guān)閉連接，客戶(hù)端解析回發(fā)響應(yīng)報(bào)文，恢復(fù)頁(yè)面
1）瀏覽器先解析狀態(tài)行，查看請(qǐng)求是否成功的狀態(tài)代碼--HTTP響應(yīng)碼：404 400 200 ....
2）解析每一個(gè)響應(yīng)頭標(biāo)，如：
| ContentType: text/html;charset=gb2312 Content-Length: 122 --- 響應(yīng)中的字節(jié)數(shù)，只在瀏覽器使用永久（Keep-alive）HTTP連接時(shí)需要。 |
3）讀取響應(yīng)數(shù)據(jù)HTML，根據(jù)標(biāo)簽<html></html>中的內(nèi)容恢復(fù)標(biāo)準(zhǔn)的HTML格式頁(yè)面或者其它。
4）一個(gè)HTML 文檔可能包含其它的需要被載入的資源，瀏覽器會(huì)識(shí)別，并對(duì)這些資源再進(jìn)行額外的請(qǐng)求，這個(gè)過(guò)程可以是循環(huán)的方式一直到所有的數(shù)據(jù)都按照響應(yīng)頭標(biāo)中規(guī)定的格式恢復(fù)到頁(yè)面中。
5）數(shù)據(jù)傳送完畢，服務(wù)器端關(guān)閉連接，即無(wú)狀態(tài)協(xié)議。
3. 總結(jié)
不要被高深的名詞和理論嚇到，其實(shí)HTTP客戶(hù)端和服務(wù)器端的交互原理很簡(jiǎn)單：即先是瀏覽器和服務(wù)器端建立Socket無(wú)狀態(tài)連接，也就是短連接，然后通過(guò)IO流進(jìn)行報(bào)文信息（這個(gè)報(bào)文是嚴(yán)格遵循HTTP報(bào)文接口的）的交互，最后會(huì)話(huà)結(jié)束后就關(guān)閉連接。對(duì)于這些底層的協(xié)議和報(bào)文的打包解包交互的實(shí)現(xiàn)，其實(shí)java和瀏覽器早都已經(jīng)封裝好了，程序員只要專(zhuān)注于業(yè)務(wù)邏輯的實(shí)現(xiàn)就行啦，這些都不必關(guān)心??！
原文鏈接：http://www.cnblogs.com/lys_013/archive/2012/05/05/2484561.html
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