HTTP必知必会

2022-12-29 08:38:03

HTTP协议作为网络传输的基本协议，有着广泛的应用。HTTP协议的完整内容很多，但是其核心知识却又简单精炼。学习者应该掌握其基本结构，并且能够举一反三。这篇文章所列的，就是在实际开发中必须知道必须掌握的HTTP知识。

HTTP协议

HTTP协议：消息的分类

HTTP消息（有的文章称之为报文）分为请求消息和响应消息两种基本分类。其中请求消息是客户端发送给服务器的用于请求服务和资源的消息，响应消息是服务器对请求消息的应答。一般来说，一个响应对应一个请求，不多也不少。

HTTP协议：特点

HTTP协议被人总结为无连接、无状态的特点：

无连接：无连接的含义是限制每次连接只处理一个请求。服务器处理完客户的请求，并收到客户的应答后，即断开连接。采用这种方式可以节省传输时间。
无状态：HTTP协议是无状态协议。无状态是指协议对于事务处理没有记忆能力。缺少状态意味着如果后续处理需要前面的信息，则它必须重传，这样可能导致每次连接传送的数据量增大。另一方面，在服务器不需要先前信息时它的应答就较快。

HTTP协议：消息的基本格式

HTTP协议的请求消息和响应消息的格式及其相似。提炼出它们的共性，可以指出，HTTP消息分为三个部分：

首行
头部（Header）
正文（Body）

其中，头部用来指出HTTP消息的一些属性，它们有固定的格式；正文部分是传输的实际内容，它们的格式是任意的，通常用Content-Type头来指定。首行在请求消息和响应消息中具体格式略有区别，它们表示的按理说应该是HTTP消息最基本的部分。不论是HTTP请求还是HTTP响应，首行都是有的，否则会出现不可饶恕的解析错误；然而头部和正文是可选的，不过实际过程中，多多少少都要包含一些基本的头。

HTTP消息主要是基于ASCII编码的消息实体。主要的意思是指首行和头部都是以ASCII编码，而正文部分的编码就显得任意了。在实际的开发中，发送的文本消息时常会碰到乱码的问题。一种解决办法是，对于文本消息，约定以UTF-8格式进行编码和解码。

知道的人也许知道，HTTP消息是基于TCP协议的上层应用协议。TCP协议是网络流协议的一种。抽象地讲，就是从一台主机一个字节一个字节有序地传输到另一台主机。对于HTTP协议来说，自然保持了这种有序性，即按照首行、头部、正文的顺序进行传输。首行和头部都是ASCII文本流，正文部分是字节流。一个特殊的控制结构CRLF用来控制每个部分的结束。

CRLF是回车符和换行符的意思，它们是两个特殊的ASCII字符。CR是回车符（\r），在ASCII中的编码是13；LF是换行符（\n），在ASCII中的编码是10.

下面通过一个例子来解释CRLF在HTTP消息中的控制。

GET /simple.html HTTP/1.1<CRLF>     ----- 首行

Accept: text/html<CRLF>             --|

Accept-Language: zh-cn<CRLF>          |

Accept-Encoding: gzip, deflate<CRLF>  |-- 头部

User-Agent: Mozilla/4.0<CRLF>         |

Host: localhost:8080<CRLF>            |

Connection: Keep-Alive<CRLF>        --|

<CRLF>                              ----- 空白行表示头部的结束

                                    ----- 接下来的内容是正文部分

这是一个简单的HTTP请求消息。我在其中做了一些必要的删减，以便每个头足够短都能在一行中显示。记住首行和头部是ASCII流，正文部分是字节流，它们在消息实体中是连续的片段，并不像代码中所示那样有换行的结构。换句话说，原始的消息应该是如下形式：

GET /simple.html HTTP/1.1<CRLF>Accept: text/html<CRLF>Accept-Language: zh-cn<CRLF>Accept-Encoding: gzip, deflate<CRLF>User-Agent: Mozilla/4.0<CRLF>Host: localhost:8080<CRLF>Connection: Keep-Alive<CRLF><CRLF>

回到之前有换行符的代码例子中去。将每个CRLF单独列为一行是便于观察组织。可以清楚地看到，第一行是首行，以CRLF标志其结束；接下来是头部，含有多个消息头，每行定义一个消息头，以CRLF标志其结束；一个单独的CRLF（紧接着上一个CRLF）表示整个头部的结束，接下来是正文部分。在这个示例中，正文部分为空。

另外，可以看到每个消息头的格式都是一致的，即Key:Value的形式。其中Key表示消息头的键，Value表示消息头的值。

HTTP请求

接下来具体讲讲HTTP的请求消息。诚心而论，光是写上面这么点内容就花费了我好久。每每想到写博客耗费的精力和时间，都会影响到我写博客的动力。

之前已经说过，HTTP请求消息也分为三个部分：

请求行
请求头部
请求正文

其中请求头部的格式我们已经见过。请求行的基本格式为：

方法 路径 版本

例如下面的例子：

GET /simple.html HTTP/1.1

就有对应关系：

方法：GET
路径：/simple.html
版本：HTTP/1.1

请求行是HTTP请求消息的最基本要素。版本是用来声明HTTP消息的解析规则，不同的版本在某些地方的表现是不同的，这里不作过多拆解了。现在实际应用中最新的HTTP协议版本就是HTTP/1.1。路径可以理解成该请求消息发往服务器的入口，一般来讲，同一个路径应该代表同一个资源实体。方法表示对该资源实体进行的操作，例如上述的GET方法，其含义就是请求获取该资源的内容。这些都是通常的解释，但不是必然的要求。实际上，服务器会解析到方法和路径，根据方法和路径做出自己相应的响应。这种响应的规则，可以遵循某些规范，也可以完全不考虑这些规范，是任意的。市面上已经存在一些约定俗成的规范了，比如Restful。Restful是非常优秀的基于HTTP协议的WEB API设计理念，很值得讲，但在这里就不讲了。

HTTP请求：方法

首先列出最常用的HTTP方法：

GET
POST
PUT
PATCH
DELETE
HEAD
OPTIONS

之前说过，服务器对于方法的处理，是没有强制的规范的。这句话说得并不全对。其实每个HTTP方法，都是有一些HTTP协议要求的。比如说GET方法请求的资源，浏览器端一般都会有缓存，下次请求的时候可能从缓存中去取就够了，服务器不用再重复发送相同的资源了；但是服务器如果将获取资源的接口的方法定义为POST，那么浏览器端就不会再对资源进行缓存了，即使每次取到的都是同样地内容，都会请求服务器重新发送一遍。所以说，将请求资源的接口的方法定义为POST而不是GET，就是一种不合理的设计。

再比如，GET方法的请求消息是不能定义消息体的，HEAD方法的请求其响应消息是不包含消息体的，这些都是HTTP协议对于HTTP方法的约束。

HTTP请求：路径

方法和路径的组合构成WEB API的入口，路径也是很关键的。路径的基本格式一般是：

basic-path[?query-string]

其中[]中的内容表示可选的。在上例中，basic-path就是/simple.html，但不包含query-string的内容。basic-path形式很像UNIX中绝对路径的样式，要以/打头。单独的/表示一种路径，/a、/a/b、/a/b/c都是合理的路径表示。不推荐使用/a/、/a/b/、/a/b/c/这样/后面不跟任何其他内容的形式（/除外）。优秀的API设计者会利用不同的路径层级来合理地组织资源。

问号后面的部分就是query-string。它的格式是任意的，只要客户端和服务器约定好一定的形式即可。这个部分一般是请求参数的附加。之前说过，GET方法是不包含请求体的，所以GET方法的HTTP请求想要附加参数只能使用这种方式。当然其他方法也是可以使用这种方式附加参数，只要服务器同意就可以了。query-string的格式任意，但在客户端和服务器之间也有预先定好的约定，即键值对的形式。query-string可以表示成一系列键值对的集合，用以下方式表示：

k1=v1&k2=v2&k3=&k4

在这里，&分隔不同的键值对，=表示键和值得关系。可以看到一共有四个键值对关系，它们是：

k1: v1
k2: v2
k3: 空字符串
k4: 起码该键被定义了

一般来说，键值对要写成k=v的形式，但是k=和仅仅一个k都是允许的，前者表示键k的值是空字符串，后者表示键k被定义了，但是其值是什么并不关心。

从上面的例子中发现，在query-string中&和=被用于特殊的用途了，我们不能再在其中从容地使用这两个符号了。如果我们要在值中包含这两个符号，那咋办呢？方法就是，编码。

在实际的HTTP请求中，对于如下的键值关系

k1: &

k2: =

具体的query-string要写成：

k1=%26&k2=%3D

这是因为在ASCII编码中，&的16进制表示是26，=的16进制表示是3D。对于需要的编码，就要表示成其实际编码的16进制表示，每个字节都用一个%XX三个字符进行表示。这样，%本身也就要进行编码了，它的编码是%25。除了这些控制字符的编码，还可以进行中文等非英语语言的编码。

对于编码部分，我推荐阮一峰的一篇博文

关于URL编码

虽然看了也未必懂了，但是最起码知道编码不是一件简单的事情。

HTTP请求头

HTTP请求头格式与之前所说的消息头格式没什么两样，就是以冒号分隔的键值对。HTTP请求头中，既包含预定义的头（如Content-Type、Content-Length等），也支持自定义头。原本打算多列出几个常见的请求头的，但限于精力，不打算这样做了。我只说说我最常用的Content-Type头吧。

Content-Type头，既可用于请求消息，也可用于响应消息，是规定请求正文内容格式的头部。例如利用这个头部，我们可以规定正文的格式为纯文本格式、表单格式、XML格式、JSON格式、图像格式等。例如Content-Type: application/json就表示JSON文本格式。

在小节的末尾，我良心地给出一个关于HTTP预定义头的参考网址：

HTTP消息头大全

HTTP响应

HTTP响应消息的基本格式也是一样的，包含三个部分：

响应行
响应头部
响应正文

响应头部和响应正文我觉得不需要再多说了。响应行的基本格式是：

版本号 状态码 状态文本

例如下面的响应行：

HTTP/1.1 200 OK

其对应关系为：

版本号：HTTP/1.1
状态码：200
状态文本：OK

HTTP状态码主要表示应答的状态。状态码是由3个数字表示，其中第一个数字表示一个大状态，后面两个数字表示该大状态的一个子状态。200就表示操作成功，还有其他常见的如404表示对象未找到，500表示服务器错误，403表示不能浏览目录等等。

状态码一共分为五个大状态，它们是：

1xx
2xx：请求成功处理
3xx
4xx：客户端出错
5xx：服务器出错

HTTP状态码大全

HTTP协议示例：

接下来的所有示例中，我们将代码都写成前面的一行一行的模式，但略去. 这时只要记住每行的结尾都暗含一个CRLF控制就可以了。例如：

GET /simple.html?bg=white HTTP/1.1

Accept: text/html

Accept-Language: zh-cn

Accept-Encoding: gzip, deflate

User-Agent: Mozilla/4.0

Host: localhost:8080

Connection: Keep-Alive

GET请求没有请求正文，但可以包含query-string.

POST请求可以包含请求正文，例如下面带JSON格式正文的POST请求：

POST /test/demo_form.asp HTTP/1.1

Host: w3schools.com

Content-Type: application/json

Content-Length: 38

{"name1": "value1", "name2": "value2"}

一个返回404错误的响应示例：

HTTP/1.1 404 Not Found

Date: Mon, 06 Mar 2006 09:03:14 GMT

Server: Apache/2.0.55 (Unix) PHP/5.0.5

Content-Length: 291

Keep-Alive: timeout=15, max=100

Connection: Keep-Alive

Content-Type: text/html; charset=iso-8859-1

<!DOCTYPE HTML PUBLIC "-//IETF//DTD HTML 2.0//EN">

<html><head>

<title>404 Not Found</title>

</head><body>

<h1>Not Found</h1>

<p>The requested URL /notexist was not found on this server.</p>

<hr>

<address>Apache/2.0.55 (Unix) PHP/5.0.5 Server at localhost Port 8080</address>

</body></html>

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