7. HTTP
7. HTTP
在本文中，我们将深入探讨应用层协议的复杂性，重点讨论 客户端-服务器模型、远程过程调用（RPC），以及最常用的协议：HTTP 和 WebSocket。
客户端-服务器模型
客户端-服务器模型 是许多网络应用的基础。其核心思想是客户端（通常是桌面或手机等终端设备）向服务器发起请求，服务器处理这些请求并返回响应。这种交互方式虽然简单，但构成了现代 Web 的基础。
+---------+ 请求 +------------+
| 客户端 | ------------------> | 服务器 |
| (浏览器) | <------------------ |(google.com)|
+---------+ 响应 +------------+
在这个模型中，客户端 是发起请求的一方，服务器 是处理请求并做出响应的一方。然而，需要注意的是，客户端不一定总是像浏览器这样的面向用户的应用。它也可以是另一个服务器，这时就会出现所谓的 服务器到服务器的请求。
例如，当你访问 google.com 时，浏览器（客户端）会向 Google 的服务器发送请求。但在 Google 的基础设施中，这些服务器可能会与其他服务器通信以完成你的请求，其中一台服务器充当客户端，另一台作为服务器。
远程过程调用（RPC）
在分布式计算中，一个重要的概念是 远程过程调用（RPC）。它允许一台计算机上的代码像在本地计算机上执行一样，在远程计算机上执行一个过程（或函数）。这个术语可能听起来有些过时，但它对于理解许多现代应用协议至关重要。
考虑一个场景，你正在访问 YouTube.com，浏览器需要获取一份推荐视频的列表。生成这个列表的代码位于 YouTube 的服务器上，而不是你的本地计算机。通过 RPC，浏览器向服务器发送请求，要求在服务器上执行该代码，服务器返回数据。
+---------+ RPC 请求 +---------------+
| 客户端 | -------------------> | 服务器 |
| (浏览器) | <------------------- |(YouTube 服务器)|
+---------+ RPC 响应 +---------------+
虽然“RPC”这一术语比较宽泛，但大多数现代应用协议，包括 HTTP 和 WebSocket，可以被看作是 RPC 的专门形式。
HTTP
超文本传输协议（HTTP） 是万维网的基石。它是一个 应用层协议，建立在 互联网协议（IP） 和 传输控制协议（TCP） 之上。HTTP 是一个 请求-响应 协议，即客户端发送请求，服务器做出响应。
+---------+ HTTP 请求 +-----------+
| 客户端 | -------------------> | 服务器 |
| (浏览器) | <------------------- |(Web 服务器)|
+---------+ HTTP 响应 +-----------+
HTTP 基于 无状态 模型运行，意味着每个请求都是独立的，服务器不会保留来自同一客户端的先前请求信息，这使得协议简单，但也要求额外的机制来管理会话。
1. HTTP 请求结构
一个 HTTP 请求包括两个主要部分：
- 头部 Header：关于请求的元数据，如方法（
GET、POST等）、目标 URL、用户代理和接受的内容类型等。 - 主体 Body：请求中实际发送的数据（并不总是存在）。
2. 常见的 HTTP 方法
- GET: 用于从服务器获取资源。GET 请求一般不包含请求体（body）。
- POST: 用于将数据发送到服务器，通常用于创建资源。POST 请求通常包含请求体。
- PUT: 用于更新服务器上的现有资源。PUT 请求包含资源的完整更新数据。
- DELETE: 用于删除服务器上的资源。
- HEAD: 类似于 GET 请求，但是服务器只返回响应头而不返回实体内容。通常用于获取元数据。
- OPTIONS: 请求服务器支持哪些 HTTP 方法。服务器返回支持的方法列表。
- PATCH: 用于对资源进行部分更新，类似于 PUT，但通常只发送需要更新的部分。
3. HTTP 状态码
HTTP 状态码是服务器响应中的一个关键部分，用于指示请求的结果。状态码被分为五类：
- 1xx (Informational): 信息性状态码，表示请求已被接收，继续处理。例如：
100 Continue。 - 2xx (Successful): 成功的状态码，表示请求已成功处理。例如：
200 OK表示请求成功，201 Created表示成功创建了一个新资源。 - 3xx (Redirection): 重定向状态码，表示需要客户端进一步操作。例如：
301 Moved Permanently表示资源已永久移至新位置。 - 4xx (Client Error): 客户端错误状态码，表示客户端请求有错误。例如：
404 Not Found表示请求的资源不存在。 - 5xx (Server Error): 服务器错误状态码，表示服务器未能处理请求。例如：
500 Internal Server Error表示服务器处理请求时出错。
这些代码为开发者提供了重要反馈，指示是客户端的错误还是服务器遇到的问题。
4. 请求头与响应头
HTTP 请求和响应的头部包含了大量元数据，下面是一些常见的请求头和响应头字段：
- 请求头字段：
User-Agent: 浏览器或客户端的身份标识。Accept: 客户端支持的内容类型（如text/html、application/json）。Authorization: 用于传递认证信息（如 Basic 或 Bearer Token）。Content-Type: 请求体的类型（如application/json或multipart/form-data）。
- 响应头字段：
Content-Type: 响应体的数据类型。Set-Cookie: 用于服务器向客户端发送 Cookie。Cache-Control: 控制缓存行为（如no-cache，max-age=3600）。Location: 在重定向请求中，指示资源的新位置。
5. HTTP/1.1 VS HTTP/2 VS HTTP/3
HTTP/1.1 是 HTTP 协议的广泛使用版本，但它存在一些性能瓶颈，尤其是在高延迟的网络环境下。HTTP/2 是一个更新的版本，旨在提高效率：
- 多路复用: HTTP/2 允许多个请求和响应共享一个 TCP 连接，避免了 HTTP/1.1 中的连接阻塞问题。
- 头部压缩: HTTP/2 使用 HPACK 压缩请求和响应头，减少了传输数据的大小。
- 服务器推送: HTTP/2 允许服务器在客户端请求之前主动推送资源，减少了页面加载时间。
HTTP/3 是第三个主要版本的 HTTP 协议，与其前任 HTTP/1.1 和 HTTP/2 不同，在 HTTP/3 中，将弃用 TCP 协议，改为使用基于 UDP 协议的 QUIC 协议实现。此变化主要为了解决 HTTP/2 中存在的队头阻塞问题。由于 HTTP/2 在单个 TCP 连接上使用了多路复用，受到 TCP 拥塞控制的影响，少量的丢包就可能导致整个 TCP 连接上的所有流被阻塞。
6. HTTPS VS HTTP
HTTPS 是基于 HTTP 的安全版本，通过 SSL/TLS 协议对数据进行加密，从而保证数据传输的安全性。HTTPS 使用证书来验证服务器的身份，防止中间人攻击和数据篡改。
7. 持久连接与连接复用
- 持久连接: HTTP/1.1 引入了持久连接（也叫做 keep-alive），允许在同一 TCP 连接上发送多个请求和响应，而不需要每次都建立新的连接。
- 连接复用: HTTP/2 进一步优化了连接复用，允许多个请求和响应在一个连接中并行传输，提高了效率。
8. 缓存机制
HTTP 协议内建了缓存机制，用于减少对服务器的请求并提高响应速度。缓存控制通常由以下几种机制实现：
- Cache-Control: 用于指定缓存的行为，例如
max-age表示资源可以缓存的最大时间。 - ETag: 服务器为资源生成的唯一标识符，用于检查缓存是否过期。
- Last-Modified: 资源的最后修改时间，用于判断资源是否被更新。
这些机制帮助提高 Web 应用的性能，并减少服务器负载。
WebSocket
虽然 HTTP 非常适合传统的请求-响应交互，但它并不适合实时通信。这时，WebSocket 就显得尤为重要。WebSocket 提供了一个全双工的通信通道，通过一个单一且长期存在的连接，实现客户端和服务器之间的实时数据交换。
+---------+ WebSocket 连接 +---------+
| 客户端 | <-----------------------> | 服务器 |
+---------+ +---------+
WebSocket 特别适用于实时聊天、实时通知或在线游戏等应用场景，其中客户端和服务器需要持续交换数据，而不需要每次建立新的 HTTP 连接。
我们将在下一节详细讲解 WebSocket 相关的内容。