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  • 计算机网络——HTTP(下)

    URI

    URI,统一资源标识符Uniform Resource Identifier)。因为它经常出现在浏览器的地址栏里,所以俗称为“网络地址”,简称“网址”。

    严格地说,URI 不完全等同于网址,它包含有 URL 和 URN 两个部分,在 HTTP 世界里用的网址实际上是 URL——统一资源定位符Uniform Resource Locator)。但因为 URL 实在是太普及了,所以常常把这两者简单地视为相等。

    不仅我们生活中的上网要用到 URI,平常的开发、测试、运维的工作中也少不了它。

    如果你在客户端做 iOS、 Android 或者某某小程序开发,免不了要连接远程服务,就会调用底层 API 用 URI 访问服务。

    如果你使用 Java、PHP 做后台 Web 开发,也会调用 getPath()、parse_url() 等函数来处理 URI,解析里面的各个要素。

    在测试、运维配置 Apache、Nginx 等 Web 服务器的时候也必须正确理解 URI,分离静态资源与动态资源,或者设置规则实现网页的重定向跳转。

    总之一句话,URI 非常重要,要搞懂 HTTP 甚至网络应用,就必须搞懂 URI。

    URI 的格式

    不知道你平常上网的时候有没有关注过地址栏里的那一长串字符,有的比较简短,有的则一行都显示不下,有的意思大概能看明白,而有的则带着各种怪字符,有如“天书”。

    其实只要你弄清楚了 URI 的格式,就能够轻易地“破解”这些难懂的“天书”了。

    URI 本质上是一个字符串,这个字符串的作用是唯一地标记资源的位置或者名字

    这里我要提醒你注意,它不仅能够标记万维网的资源,也可以标记其他的,如邮件系统、本地文件系统等任意资源。而“资源”既可以是存在磁盘上的静态文本、页面数据,也可以是由 Java、PHP 提供的动态服务。

    下面的这张图显示了 URI 最常用的形式,由 scheme、host:port、path 和 query 四个部分组成,但有的部分可以视情况省略。

    URI 的基本组成

    URI 第一个组成部分叫scheme,翻译成中文叫“方案名”或者“协议名”,表示资源应该使用哪种协议来访问。

    最常见的当然就是“http”了,表示使用 HTTP 协议。另外还有“https”,表示使用经过加密、安全的 HTTPS 协议。此外还有其他不是很常见的 scheme,例如 ftp、ldap、file、news 等。

    浏览器或者你的应用程序看到 URI 里的 scheme,就知道下一步该怎么走了,会调用相应的 HTTP 或者 HTTPS 下层 API。显然,如果一个 URI 没有提供 scheme,即使后面的地址再完善,也是无法处理的。

    在 scheme 之后,必须是三个特定的字符://”,它把 scheme 和后面的部分分离开。

    实话实说,这个设计非常的怪异,我最早上网的时候看见地址栏里的“://”就觉得很别扭,直到现在也还是没有太适应。URI 的创造者蒂姆·伯纳斯 - 李也曾经私下承认“://”并非必要,当初有些“过于草率”了。

    不过这个设计已经有了三十年的历史,不管我们愿意不愿意,只能接受。

    在“://”之后,是被称为“authority”的部分,表示资源所在的主机名,通常的形式是“host:port”,即主机名加端口号。

    主机名可以是 IP 地址或者域名的形式,必须要有,否则浏览器就会找不到服务器。但端口号有时可以省略,浏览器等客户端会依据 scheme 使用默认的端口号,例如 HTTP 的默认端口号是 80,HTTPS 的默认端口号是 443。

    有了协议名和主机地址、端口号,再加上后面标记资源所在位置path,浏览器就可以连接服务器访问资源了。

    URI 里 path 采用了类似文件系统“目录”“路径”的表示方式,因为早期互联网上的计算机多是 UNIX 系统,所以采用了 UNIX 的“/”风格。其实也比较好理解,它与 scheme 后面的“://”是一致的。

    这里我也要再次提醒你注意,URI 的 path 部分必须以“/”开始,也就是必须包含“/”,不要把“/”误认为属于前面 authority。

    说了这么多“理论”,来看几个实例。

    http://nginx.org
    http://www.chrono.com:8080/11-1
    https://tools.ietf.org/html/rfc7230
    file:///D:/http_study/www/
    

    第一个 URI 算是最简单的了,协议名是“http”,主机名是“nginx.org”,端口号省略,所以是默认的 80,而路径部分也被省略了,默认就是一个“/”,表示根目录。

    第二个 URI 是在实验环境里这次课程的专用 URI,主机名是“www.chrono.com”,端口号是 8080,后面的路径是“/11-1”。

    第三个是 HTTP 协议标准文档 RFC7230 的 URI,主机名是“tools.ietf.org”,路径是“/html/rfc7230”。

    最后一个 URI 要注意了,它的协议名不是“http”,而是“file”,表示这是本地文件,而后面居然有三个斜杠,这是怎么回事?

    如果你刚才仔细听了 scheme 的介绍就能明白,这三个斜杠里的前两个属于 URI 特殊分隔符“://”,然后后面的“/D:/http_study/www/”是路径,而中间的主机名被“省略”了。这实际上是 file 类型 URI 的“特例”,它允许省略主机名,默认是本机 localhost。

    但对于 HTTP 或 HTTPS 这样的网络通信协议,主机名是绝对不能省略的。原因之前也说了,会导致浏览器无法找到服务器。

    URI 的查询参数

    使用“协议名 + 主机名 + 路径”的方式,已经可以精确定位网络上的任何资源了。但这还不够,很多时候我们还想在操作资源的时候附加一些额外的修饰参数。

    举几个例子:获取商品图片,但想要一个 32×32 的缩略图版本;获取商品列表,但要按某种规则做分页和排序;跳转页面,但想要标记跳转前的原始页面。

    仅用“协议名 + 主机名 + 路径”的方式是无法适应这些场景的,所以 URI 后面还有一个“query”部分,它在 path 之后,用一个“?”开始,但不包含“?”,表示对资源附加的额外要求。这是个很形象的符号,比“://”要好的多,很明显地表示了“查询”的含义。

    查询参数 query 有一套自己的格式,是多个“key=value”的字符串,这些 KV 值用字符“&”连接,浏览器和客户端都可以按照这个格式把长串的查询参数解析成可理解的字典或关联数组形式。

    URI 的完整格式

    讲完了 query 参数,URI 就算完整了,HTTP 协议里用到的 URI 绝大多数都是这种形式。

    不过必须要说的是,URI 还有一个“真正”的完整形态,如下图所示。

    这个“真正”形态比基本形态多了两部分。

    第一个多出的部分是协议名之后、主机名之前的身份信息“user:passwd@”,表示登录主机时的用户名和密码,但现在已经不推荐使用这种形式了(RFC7230),因为它把敏感信息以明文形式暴露出来,存在严重的安全隐患。

    第二个多出的部分是查询参数后的片段标识符“#fragment”,它是 URI 所定位的资源内部的一个“锚点”或者说是“标签”,浏览器可以在获取资源后直接跳转到它指示的位置。

    但片段标识符仅能由浏览器这样的客户端使用,服务器是看不到的。也就是说,浏览器永远不会把带“#fragment”的 URI 发送给服务器,服务器也永远不会用这种方式去处理资源的片段。

    URI 的编码

    刚才我们看到了,在 URI 里只能使用 ASCII 码,但如果要在 URI 里使用英语以外的汉语、日语等其他语言该怎么办呢?

    还有,某些特殊的 URI,会在 path、query 里出现“@&?"等起界定符作用的字符,会导致 URI 解析错误,这时又该怎么办呢?

    所以,URI 引入了编码机制,对于 ASCII 码以外的字符集和特殊字符做一个特殊的操作,把它们转换成与 URI 语义不冲突的形式。这在 RFC 规范里称为“escape”和“unescape”,俗称“转义”。

    URI 转义的规则有点“简单粗暴”,直接把非 ASCII 码或特殊字符转换成十六进制字节值,然后前面再加上一个“%”。

    例如,空格被转义成“%20”,“?”被转义成“%3F”。而中文、日文等则通常使用 UTF-8 编码后再转义,例如“银河”会被转义成“%E9%93%B6%E6%B2%B3”。

    有了这个编码规则后,URI 就更加完美了,可以支持任意的字符集用任何语言来标记资源。

    不过我们在浏览器的地址栏里通常是不会看到这些转义后的“乱码”的,这实际上是浏览器一种“友好”表现,隐藏了 URI 编码后的“丑陋一面”,不信你可以试试下面的这个 URI。

    http://www.chrono.com:8080/11-1? 夸父逐日
    

    先在 Chrome 的地址栏里输入这个 query 里含有中文的 URI,然后点击地址栏,把它再拷贝到其他的编辑器里,它就会“现出原形”:

    http://www.chrono.com:8080/11-1?%E5%A4%B8%E7%88%B6%E9%80%90%E6%97%A5
    

    响应状态码

    状态码(Status Code)是一个十进制数字,以代码的形式表示服务器对请求的处理结果。能够表达 HTTP 数据处理的“状态”,客户端可以依据代码适时转换处理状态,例如继续发送请求、切换协议,重定向跳转等。

    状态码

    目前 RFC 标准里规定的状态码是三位数,所以取值范围就是从 000 到 999。但如果把代码简单地从 000 开始顺序编下去就显得有点太“low”,不灵活、不利于扩展,所以状态码也被设计成有一定的格式。

    RFC 标准把状态码分成了五类,用数字的第一位表示分类,而 0~99 不用,这样状态码的实际可用范围就大大缩小了,由 000~999 变成了 100~599。

    这五类的具体含义是:

    • 1××:提示信息,表示目前是协议处理的中间状态,还需要后续的操作;
    • 2××:成功,报文已经收到并被正确处理;
    • 3××:重定向,资源位置发生变动,需要客户端重新发送请求;
    • 4××:客户端错误,请求报文有误,服务器无法处理;
    • 5××:服务器错误,服务器在处理请求时内部发生了错误。

    在 HTTP 协议中,正确地理解并应用这些状态码不是客户端或服务器单方的责任,而是双方共同的责任。

    客户端作为请求的发起方,获取响应报文后,需要通过状态码知道请求是否被正确处理,是否要再次发送请求,如果出错了原因又是什么。这样才能进行下一步的动作,要么发送新请求,要么改正错误重发请求。

    服务器端作为请求的接收方,也应该很好地运用状态码。在处理请求时,选择最恰当的状态码回复客户端,告知客户端处理的结果,指示客户端下一步应该如何行动。特别是在出错的时候,尽量不要简单地返 400、500 这样意思含糊不清的状态码。

    目前 RFC 标准里总共有 41 个状态码,但状态码的定义是开放的,允许自行扩展。所以 Apache、Nginx 等 Web 服务器都定义了一些专有的状态码。如果你自己开发 Web 应用,也完全可以在不冲突的前提下定义新的代码。

    1××

    1××类状态码属于提示信息,是协议处理的中间状态,实际能够用到的时候很少。

    我们偶尔能够见到的是“101 Switching Protocols”。它的意思是客户端使用 Upgrade 头字段,要求在 HTTP 协议的基础上改成其他的协议继续通信,比如 WebSocket。而如果服务器也同意变更协议,就会发送状态码 101,但这之后的数据传输就不会再使用 HTTP 了。

    2××

    2××类状态码表示服务器收到并成功处理了客户端的请求,这也是客户端最愿意看到的状态码。

    200 OK”是最常见的成功状态码,表示一切正常,服务器如客户端所期望的那样返回了处理结果,如果是非 HEAD 请求,通常在响应头后都会有 body 数据。

    204 No Content”是另一个很常见的成功状态码,它的含义与“200 OK”基本相同,但响应头后没有 body 数据。所以对于 Web 服务器来说,正确地区分 200 和 204 是很必要的。

    206 Partial Content”是 HTTP 分块下载或断点续传的基础,在客户端发送“范围请求”、要求获取资源的部分数据时出现,它与 200 一样,也是服务器成功处理了请求,但 body 里的数据不是资源的全部,而是其中的一部分。

    状态码 206 通常还会伴随着头字段“Content-Range”,表示响应报文里 body 数据的具体范围,供客户端确认,例如“Content-Range: bytes 0-99/2000”,意思是此次获取的是总计 2000 个字节的前 100 个字节。

    3××

    3××类状态码表示客户端请求的资源发生了变动,客户端必须用新的 URI 重新发送请求获取资源,也就是通常所说的“重定向”,包括著名的 301、302 跳转。

    301 Moved Permanently”俗称“永久重定向”,含义是此次请求的资源已经不存在了,需要改用改用新的 URI 再次访问。

    与它类似的是“302 Found”,曾经的描述短语是“Moved Temporarily”,俗称“临时重定向”,意思是请求的资源还在,但需要暂时用另一个 URI 来访问。

    301 和 302 都会在响应头里使用字段Location指明后续要跳转的 URI,最终的效果很相似,浏览器都会重定向到新的 URI。两者的根本区别在于语义,一个是“永久”,一个是“临时”,所以在场景、用法上差距很大。

    比如,你的网站升级到了 HTTPS,原来的 HTTP 不打算用了,这就是“永久”的,所以要配置 301 跳转,把所有的 HTTP 流量都切换到 HTTPS。

    再比如,今天夜里网站后台要系统维护,服务暂时不可用,这就属于“临时”的,可以配置成 302 跳转,把流量临时切换到一个静态通知页面,浏览器看到这个 302 就知道这只是暂时的情况,不会做缓存优化,第二天还会访问原来的地址。

    304 Not Modified” 是一个比较有意思的状态码,它用于 If-Modified-Since 等条件请求,表示资源未修改,用于缓存控制。它不具有通常的跳转含义,但可以理解成“重定向已到缓存的文件”(即“缓存重定向”)。

    301、302 和 304 分别涉及了 HTTP 协议里重要的“重定向跳转”和“缓存控制”,在之后的课程中我还会细讲。

    4××

    4××类状态码表示客户端发送的请求报文有误,服务器无法处理,它就是真正的“错误码”含义了。

    400 Bad Request”是一个通用的错误码,表示请求报文有错误,但具体是数据格式错误、缺少请求头还是 URI 超长它没有明确说,只是一个笼统的错误,客户端看到 400 只会是“一头雾水”“不知所措”。所以,在开发 Web 应用时应当尽量避免给客户端返回 400,而是要用其他更有明确含义的状态码。

    403 Forbidden”实际上不是客户端的请求出错,而是表示服务器禁止访问资源。原因可能多种多样,例如信息敏感、法律禁止等,如果服务器友好一点,可以在 body 里详细说明拒绝请求的原因,不过现实中通常都是直接给一个“闭门羹”。

    404 Not Found”可能是我们最常看见也是最不愿意看到的一个状态码,它的原意是资源在本服务器上未找到,所以无法提供给客户端。但现在已经被“用滥了”,只要服务器“不高兴”就可以给出个 404,而我们也无从得知后面到底是真的未找到,还是有什么别的原因,某种程度上它比 403 还要令人讨厌。

    4××里剩下的一些代码较明确地说明了错误的原因,都很好理解,开发中常用的有:

    • 405 Method Not Allowed:不允许使用某些方法操作资源,例如不允许 POST 只能 GET;
    • 406 Not Acceptable:资源无法满足客户端请求的条件,例如请求中文但只有英文;
    • 408 Request Timeout:请求超时,服务器等待了过长的时间;
    • 409 Conflict:多个请求发生了冲突,可以理解为多线程并发时的竞态;
    • 413 Request Entity Too Large:请求报文里的 body 太大;
    • 414 Request-URI Too Long:请求行里的 URI 太大;
    • 429 Too Many Requests:客户端发送了太多的请求,通常是由于服务器的限连策略;
    • 431 Request Header Fields Too Large:请求头某个字段或总体太大;

    5××

    5××类状态码表示客户端请求报文正确,但服务器在处理时内部发生了错误,无法返回应有的响应数据,是服务器端的“错误码”。

    500 Internal Server Error”与 400 类似,也是一个通用的错误码,服务器究竟发生了什么错误我们是不知道的。不过对于服务器来说这应该算是好事,通常不应该把服务器内部的详细信息,例如出错的函数调用栈告诉外界。虽然不利于调试,但能够防止黑客的窥探或者分析。

    501 Not Implemented”表示客户端请求的功能还不支持,这个错误码比 500 要“温和”一些,和“即将开业,敬请期待”的意思差不多,不过具体什么时候“开业”就不好说了。

    502 Bad Gateway”通常是服务器作为网关或者代理时返回的错误码,表示服务器自身工作正常,访问后端服务器时发生了错误,但具体的错误原因也是不知道的。

    503 Service Unavailable”表示服务器当前很忙,暂时无法响应服务,我们上网时有时候遇到的“网络服务正忙,请稍后重试”的提示信息就是状态码 503。

    503 是一个“临时”的状态,很可能过几秒钟后服务器就不那么忙了,可以继续提供服务,所以 503 响应报文里通常还会有一个“Retry-After”字段,指示客户端可以在多久以后再次尝试发送请求。

    HTTP有哪些特点

    灵活可扩展

    首先, HTTP 协议是一个“灵活可扩展”的传输协议。

    HTTP 协议最初诞生的时候就比较简单,本着开放的精神只规定了报文的基本格式,比如用空格分隔单词,用换行分隔字段,“header+body”等,报文里的各个组成部分都没有做严格的语法语义限制,可以由开发者任意定制。

    所以,HTTP 协议就随着互联网的发展一同成长起来了。在这个过程中,HTTP 协议逐渐增加了请求方法、版本号、状态码、头字段等特性。而 body 也不再限于文本形式的 TXT 或 HTML,而是能够传输图片、音频视频等任意数据,这些都是源于它的“灵活可扩展”的特点。

    而那些 RFC 文档,实际上也可以理解为是对已有扩展的“承认和标准化”,实现了“从实践中来,到实践中去”的良性循环。

    也正是因为这个特点,HTTP 才能在三十年的历史长河中“屹立不倒”,从最初的低速实验网络发展到现在的遍布全球的高速互联网,始终保持着旺盛的生命力。

    可靠传输

    第二个特点, HTTP 协议是一个“可靠”的传输协议。

    这个特点显而易见,因为 HTTP 协议是基于 TCP/IP 的,而 TCP 本身是一个“可靠”的传输协议,所以 HTTP 自然也就继承了这个特性,能够在请求方和应答方之间“可靠”地传输数据。

    它的具体做法与 TCP/UDP 差不多,都是对实际传输的数据(entity)做了一层包装,加上一个头,然后调用 Socket API,通过 TCP/IP 协议栈发送或者接收。

    不过我们必须正确地理解“可靠”的含义,HTTP 并不能 100% 保证数据一定能够发送到另一端,在网络繁忙、连接质量差等恶劣的环境下,也有可能收发失败。“可靠”只是向使用者提供了一个“承诺”,会在下层用多种手段“尽量”保证数据的完整送达。

    当然,如果遇到光纤被意外挖断这样的极端情况,即使是神仙也不能发送成功。所以,“可靠”传输是指在网络基本正常的情况下数据收发必定成功,借用运维里的术语,大概就是“3 个 9”或者“4 个 9”的程度吧。

    应用层协议

    第三个特点,HTTP 协议是一个应用层的协议。

    这个特点也是不言自明的,但却很重要。

    在 TCP/IP 诞生后的几十年里,虽然出现了许多的应用层协议,但它们都仅关注很小的应用领域,局限在很少的应用场景。例如 FTP 只能传输文件、SMTP 只能发送邮件、SSH 只能远程登录等,在通用的数据传输方面“完全不能打”。

    所以 HTTP 凭借着可携带任意头字段和实体数据的报文结构,以及连接控制、缓存代理等方便易用的特性,一出现就“技压群雄”,迅速成为了应用层里的“明星”协议。只要不太苛求性能,HTTP 几乎可以传递一切东西,满足各种需求,称得上是一个“万能”的协议。

    套用一个网上流行的段子,HTTP 完全可以用开玩笑的口吻说:“不要误会,我不是针对 FTP,我是说在座的应用层各位,都是垃圾。”

    请求 - 应答

    第四个特点,HTTP 协议使用的是请求 - 应答通信模式。

    这个请求 - 应答模式是 HTTP 协议最根本的通信模型,通俗来讲就是“一发一收”“有来有去”,就像是写代码时的函数调用,只要填好请求头里的字段,“调用”后就会收到答复。

    请求 - 应答模式也明确了 HTTP 协议里通信双方的定位,永远是请求方先发起连接和请求,是主动的,而应答方只有在收到请求后才能答复,是被动的,如果没有请求时不会有任何动作。

    当然,请求方和应答方的角色也不是绝对的,在浏览器 - 服务器的场景里,通常服务器都是应答方,但如果将它用作代理连接后端服务器,那么它就可能同时扮演请求方和应答方的角色。

    HTTP 的请求 - 应答模式也恰好契合了传统的 C/S(Client/Server)系统架构,请求方作为客户端、应答方作为服务器。所以,随着互联网的发展就出现了 B/S(Browser/Server)架构,用轻量级的浏览器代替笨重的客户端应用,实现零维护的“瘦”客户端,而服务器则摈弃私有通信协议转而使用 HTTP 协议。

    此外,请求 - 应答模式也完全符合 RPC(Remote Procedure Call)的工作模式,可以把 HTTP 请求处理封装成远程函数调用,导致了 WebService、RESTful 和 gPRC 等的出现。

    无状态

    第五个特点,HTTP 协议是无状态的。

    这个所谓的“状态”应该怎么理解呢?

    “状态”其实就是客户端或者服务器里保存的一些数据或者标志,记录了通信过程中的一些变化信息。

    你一定知道,TCP 协议是有状态的,一开始处于 CLOSED 状态,连接成功后是 ESTABLISHED 状态,断开连接后是 FIN-WAIT 状态,最后又是 CLOSED 状态。

    这些“状态”就需要 TCP 在内部用一些数据结构去维护,可以简单地想象成是个标志量,标记当前所处的状态,例如 0 是 CLOSED,2 是 ESTABLISHED 等等。

    再来看 HTTP,那么对比一下 TCP 就看出来了,在整个协议里没有规定任何的“状态”,客户端和服务器永远是处在一种“无知”的状态。建立连接前两者互不知情,每次收发的报文也都是互相独立的,没有任何的联系。收发报文也不会对客户端或服务器产生任何影响,连接后也不会要求保存任何信息。

    “无状态”形象地来说就是“没有记忆能力”。比如,浏览器发了一个请求,说“我是小明,请给我 A 文件。”,服务器收到报文后就会检查一下权限,看小明确实可以访问 A 文件,于是把文件发回给浏览器。接着浏览器还想要 B 文件,但服务器不会记录刚才的请求状态,不知道第二个请求和第一个请求是同一个浏览器发来的,所以浏览器必须还得重复一次自己的身份才行:“我是刚才的小明,请再给我 B 文件。”

    我们可以再对比一下 UDP 协议,不过它是无连接也无状态的,顺序发包乱序收包,数据包发出去后就不管了,收到后也不会顺序整理。而 HTTP 是有连接无状态,顺序发包顺序收包,按照收发的顺序管理报文。

    但不要忘了 HTTP 是“灵活可扩展”的,虽然标准里没有规定“状态”,但完全能够在协议的框架里给它“打个补丁”,增加这个特性。

    其他特点

    除了以上的五大特点,其实 HTTP 协议还可以列出非常多的特点,例如传输的实体数据可缓存可压缩、可分段获取数据、支持身份认证、支持国际化语言等。但这些并不能算是 HTTP 的基本特点,因为这都是由第一个“灵活可扩展”的特点所衍生出来的。

    HTTP的优点和缺点

    简单、灵活、易于扩展

    首先,HTTP 最重要也是最突出的优点是“简单、灵活、易于扩展”。

    初次接触 HTTP 的人都会认为,HTTP 协议是很“简单”的,基本的报文格式就是“header+body”,头部信息也是简单的文本格式,用的也都是常见的英文单词,即使不去看 RFC 文档,只靠猜也能猜出个“八九不离十”。

    可不要小看了“简单”这个优点,它不仅降低了学习和使用的门槛,能够让更多的人研究和开发 HTTP 应用,“简单”蕴含了进化和扩展的可能性,所谓“少即是多”,“把简单的系统变复杂”,要比“把复杂的系统变简单”容易得多

    所以,在“简单”这个最基本的设计理念之下,HTTP 协议又多出了“灵活和易于扩展”的优点。

    “灵活和易于扩展”实际上是一体的,它们互为表里、相互促进,因为“灵活”所以才会“易于扩展”,而“易于扩展”又反过来让 HTTP 更加灵活,拥有更强的表现能力。

    HTTP 协议里的请求方法、URI、状态码、原因短语、头字段等每一个核心组成要素都没有被“写死”,允许开发者任意定制、扩充或解释,给予了浏览器和服务器最大程度的信任和自由,也正好符合了互联网“自由与平等”的精神——缺什么功能自己加个字段或者错误码什么的补上就是了。

    “请勿跟踪”所使用的头字段 DNT(Do Not Track)就是一个很好的例子。它最早由 Mozilla 提出,用来保护用户隐私,防止网站监测追踪用户的偏好。不过可惜的是 DNT 从推出至今有差不多七八年的历史,但很多网站仍然选择“无视”DNT。虽然 DNT 基本失败了,但这也正说明 HTTP 协议是“灵活自由的”,不会受单方面势力的压制。

    “灵活、易于扩展”的特性还表现在 HTTP 对“可靠传输”的定义上,它不限制具体的下层协议,不仅可以使用 TCP、UNIX Domain Socket,还可以使用 SSL/TLS,甚至是基于 UDP 的 QUIC,下层可以随意变化,而上层的语义则始终保持稳定。

    应用广泛、环境成熟

    HTTP 协议的另一大优点是“应用广泛”,软硬件环境都非常成熟。

    随着互联网特别是移动互联网的普及,HTTP 的触角已经延伸到了世界的每一个角落:从简单的 Web 页面到复杂的 JSON、XML 数据,从台式机上的浏览器到手机上的各种 APP,从看新闻、泡论坛到购物、理财、“吃鸡”,你很难找到一个没有使用 HTTP 的地方。

    不仅在应用领域,在开发领域 HTTP 协议也得到了广泛的支持。它并不限定某种编程语言或者操作系统,所以天然具有“跨语言、跨平台”的优越性。而且,因为本身的简单特性很容易实现,所以几乎所有的编程语言都有 HTTP 调用库和外围的开发测试工具,这一点我觉得就不用再举例了吧,你可能比我更熟悉。

    HTTP 广泛应用的背后还有许多硬件基础设施支持,各个互联网公司和传统行业公司都不遗余力地“触网”,购买服务器开办网站,建设数据中心、CDN 和高速光纤,持续地优化上网体验,让 HTTP 运行的越来越顺畅。

    “应用广泛”的这个优点也就决定了:无论是创业者还是求职者,无论是做网站服务器还是写应用客户端,HTTP 协议都是必须要掌握的基本技能。

    无状态

    看过了两个优点,我们再来看看一把“双刃剑”,也就是上一讲中说到的“无状态”,它对于 HTTP 来说既是优点也是缺点。

    “无状态”有什么好处呢?

    因为服务器没有“记忆能力”,所以就不需要额外的资源来记录状态信息,不仅实现上会简单一些,而且还能减轻服务器的负担,能够把更多的 CPU 和内存用来对外提供服务。

    而且,“无状态”也表示服务器都是相同的,没有“状态”的差异,所以可以很容易地组成集群,让负载均衡把请求转发到任意一台服务器,不会因为状态不一致导致处理出错,使用“堆机器”的“笨办法”轻松实现高并发高可用。

    那么,“无状态”又有什么坏处呢?

    既然服务器没有“记忆能力”,它就无法支持需要连续多个步骤的“事务”操作。例如电商购物,首先要登录,然后添加购物车,再下单、结算、支付,这一系列操作都需要知道用户的身份才行,但“无状态”服务器是不知道这些请求是相互关联的,每次都得问一遍身份信息,不仅麻烦,而且还增加了不必要的数据传输量。

    所以,HTTP 协议最好是既“无状态”又“有状态”,不过还真有“鱼和熊掌”两者兼得这样的好事,这就是“小甜饼”Cookie 技术(第 19 讲)。

    明文

    HTTP 协议里还有一把优缺点一体的“双刃剑”,就是明文传输

    “明文”意思就是协议里的报文(准确地说是 header 部分)不使用二进制数据,而是用简单可阅读的文本形式。

    对比 TCP、UDP 这样的二进制协议,它的优点显而易见,不需要借助任何外部工具,用浏览器、Wireshark 或者 tcpdump 抓包后,直接用肉眼就可以很容易地查看或者修改,为我们的开发调试工作带来极大的便利。

    当然,明文的缺点也是一样显而易见,HTTP 报文的所有信息都会暴露在“光天化日之下”,在漫长的传输链路的每一个环节上都毫无隐私可言,不怀好意的人只要侵入了这个链路里的某个设备,简单地“旁路”一下流量,就可以实现对通信的窥视。

    你有没有听说过“免费 WiFi 陷阱”之类的新闻呢?

    黑客就是利用了 HTTP 明文传输的缺点,在公共场所架设一个 WiFi 热点开始“钓鱼”,诱骗网民上网。一旦你连上了这个 WiFi 热点,所有的流量都会被截获保存,里面如果有银行卡号、网站密码等敏感信息的话那就危险了,黑客拿到了这些数据就可以冒充你为所欲为。

    不安全

    与“明文”缺点相关但不完全等同的另一个缺点是“不安全”。

    安全有很多的方面,明文只是“机密”方面的一个缺点,在“身份认证”和“完整性校验”这两方面 HTTP 也是欠缺的。

    “身份认证”简单来说就是“怎么证明你就是你”。在现实生活中比较好办,你可以拿出身份证、驾照或者护照,上面有照片和权威机构的盖章,能够证明你的身份。

    但在虚拟的网络世界里这却是个麻烦事。HTTP 没有提供有效的手段来确认通信双方的真实身份。虽然协议里有一个基本的认证机制,但因为刚才所说的明文传输缺点,这个机制几乎可以说是“纸糊的”,非常容易被攻破。如果仅使用 HTTP 协议,很可能你会连到一个页面一模一样但却是个假冒的网站,然后再被“钓”走各种私人信息。

    HTTP 协议也不支持“完整性校验”,数据在传输过程中容易被窜改而无法验证真伪。

    比如,你收到了一条银行用 HTTP 发来的消息:“小明向你转账一百元”,你无法知道小明是否真的就只转了一百元,也许他转了一千元或者五十元,但被黑客窜改成了一百元,真实情况到底是什么样子 HTTP 协议没有办法给你答案。

    虽然银行可以用 MD5、SHA1 等算法给报文加上数字摘要,但还是因为“明文”这个致命缺点,黑客可以连同摘要一同修改,最终还是判断不出报文是否被窜改。

    为了解决 HTTP 不安全的缺点,所以就出现了 HTTPS,这个我们以后再说。

    性能

    最后我们来谈谈 HTTP 的性能,可以用六个字来概括:“不算差,不够好”。

    HTTP 协议基于 TCP/IP,并且使用了“请求 - 应答”的通信模式,所以性能的关键就在这两点上。

    必须要说的是,TCP 的性能是不差的,否则也不会纵横互联网江湖四十余载了,而且它已经被研究的很透,集成在操作系统内核里经过了细致的优化,足以应付大多数的场景。

    只可惜如今的江湖已经不是从前的江湖,现在互联网的特点是移动和高并发,不能保证稳定的连接质量,所以在 TCP 层面上 HTTP 协议有时候就会表现的不够好。

    而“请求 - 应答”模式则加剧了 HTTP 的性能问题,这就是著名的“队头阻塞”(Head-of-line blocking),当顺序发送的请求序列中的一个请求因为某种原因被阻塞时,在后面排队的所有请求也一并被阻塞,会导致客户端迟迟收不到数据。

    为了解决这个问题,就诞生出了一个专门的研究课题“Web 性能优化”,HTTP 官方标准里就有“缓存”一章(RFC7234),非官方的“花招”就更多了,例如切图、数据内嵌与合并,域名分片、JavaScript“黑科技”等等。

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