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HTTP编程

  • 霍师傅
  • Java教程
  • 2024-12-02
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什么是HTTP？HTTP就是目前使用最广泛的Web应用程序使用的基础协议，例如，浏览器访问网站，手机App访问后台服务器，都是通过HTTP协议实现的。

HTTP是HyperText Transfer Protocol的缩写，翻译为超文本传输协议，它是基于TCP协议之上的一种请求-响应协议。

我们来看一下浏览器请求访问某个网站时发送的HTTP请求-响应。当浏览器希望访问某个网站时，浏览器和网站服务器之间首先建立TCP连接，且服务器总是使用80端口和加密端口443，然后，浏览器向服务器发送一个HTTP请求，服务器收到后，返回一个HTTP响应，并且在响应中包含了HTML的网页内容，这样，浏览器解析HTML后就可以给用户显示网页了。一个完整的HTTP请求-响应如下：

            GET / HTTP/1.1
            Host: www.sina.com.cn
            User-Agent: Mozilla/5 MSIE
            Accept: */*                ┌────────┐
┌─────────┐ Accept-Language: zh-CN,en  │░░░░░░░░│
│O ░░░░░░░│───────────────────────────▶├────────┤
├─────────┤◀───────────────────────────│░░░░░░░░│
│         │ HTTP/1.1 200 OK            ├────────┤
│         │ Content-Type: text/html    │░░░░░░░░│
└─────────┘ Content-Length: 133251     └────────┘
  Browser   <!DOCTYPE html>              Server
            <html><body>
            <h1>Hello</h1>
            ...

HTTP请求的格式是固定的，它由HTTP Header和HTTP Body两部分构成。第一行总是请求方法 路径 HTTP版本，例如，GET / HTTP/1.1表示使用GET请求，路径是/，版本是HTTP/1.1。

后续的每一行都是固定的Header: Value格式，我们称为HTTP Header，服务器依靠某些特定的Header来识别客户端请求，例如：

  • Host：表示请求的域名，因为一台服务器上可能有多个网站，因此有必要依靠Host来识别请求是发给哪个网站的；
  • User-Agent：表示客户端自身标识信息，不同的浏览器有不同的标识，服务器依靠User-Agent判断客户端类型是IE还是Chrome，是Firefox还是一个Python爬虫；
  • Accept：表示客户端能处理的HTTP响应格式，*/*表示任意格式，text/*表示任意文本，image/png表示PNG格式的图片；
  • Accept-Language：表示客户端接收的语言，多种语言按优先级排序，服务器依靠该字段给用户返回特定语言的网页版本。

如果是GET请求，那么该HTTP请求只有HTTP Header，没有HTTP Body。如果是POST请求，那么该HTTP请求带有Body，以一个空行分隔。一个典型的带Body的HTTP请求如下：

POST /login HTTP/1.1
Host: www.example.com
Content-Type: application/x-www-form-urlencoded
Content-Length: 30

username=hello&password=123456

POST请求通常要设置Content-Type表示Body的类型，Content-Length表示Body的长度，这样服务器就可以根据请求的Header和Body做出正确的响应。

此外，GET请求的参数必须附加在URL上，并以URLEncode方式编码，例如：http://www.example.com/?a=1&b=K%26R，参数分别是a=1和b=K&R。因为URL的长度限制，GET请求的参数不能太多，而POST请求的参数就没有长度限制，因为POST请求的参数必须放到Body中。并且，POST请求的参数不一定是URL编码，可以按任意格式编码，只需要在Content-Type中正确设置即可。常见的发送JSON的POST请求如下：

POST /login HTTP/1.1
Content-Type: application/json
Content-Length: 38

{"username":"bob","password":"123456"}

HTTP响应也是由Header和Body两部分组成，一个典型的HTTP响应如下：

HTTP/1.1 200 OK
Content-Type: text/html
Content-Length: 133251

<!DOCTYPE html>
<html><body>
<h1>Hello</h1>
</body></html>

响应的第一行总是HTTP版本 响应代码 响应说明，例如，HTTP/1.1 200 OK表示版本是HTTP/1.1，响应代码是200，响应说明是OK。客户端只依赖响应代码判断HTTP响应是否成功。HTTP有固定的响应代码：

  • 1xx：表示一个提示性响应，例如101表示将切换协议，常见于WebSocket连接；
  • 2xx：表示一个成功的响应，例如200表示成功，206表示只发送了部分内容；
  • 3xx：表示一个重定向的响应，例如301表示永久重定向，303表示客户端应该按指定路径重新发送请求；
  • 4xx：表示一个因为客户端问题导致的错误响应，例如400表示因为Content-Type等各种原因导致的无效请求，404表示指定的路径不存在；
  • 5xx：表示一个因为服务器问题导致的错误响应，例如500表示服务器内部故障，503表示服务器暂时无法响应。

当浏览器收到第一个HTTP响应后，它解析HTML后，又会发送一系列HTTP请求，例如，GET /logo.jpg HTTP/1.1请求一个图片，服务器响应图片请求后，会直接把二进制内容的图片发送给浏览器：

HTTP/1.1 200 OK
Content-Type: image/jpeg
Content-Length: 18391

????JFIFHH??XExifMM?i&??X?...(二进制的JPEG图片)

因此，服务器总是被动地接收客户端的一个HTTP请求，然后响应它。客户端则根据需要发送若干个HTTP请求。

对于最早期的HTTP/1.0协议，每次发送一个HTTP请求，客户端都需要先创建一个新的TCP连接，然后，收到服务器响应后，关闭这个TCP连接。由于建立TCP连接就比较耗时，因此，为了提高效率，HTTP/1.1协议允许在一个TCP连接中反复发送-响应，这样就能大大提高效率：

                       ┌─────────┐
┌─────────┐            │░░░░░░░░░│
│O ░░░░░░░│            ├─────────┤
├─────────┤            │░░░░░░░░░│
│         │            ├─────────┤
│         │            │░░░░░░░░░│
└─────────┘            └─────────┘
     │      request 1       │
     │─────────────────────▶│
     │      response 1      │
     │◀─────────────────────│
     │      request 2       │
     │─────────────────────▶│
     │      response 2      │
     │◀─────────────────────│
     │      request 3       │
     │─────────────────────▶│
     │      response 3      │
     │◀─────────────────────│
     ▼                      ▼

因为HTTP协议是一个请求-响应协议，客户端在发送了一个HTTP请求后，必须等待服务器响应后，才能发送下一个请求，这样一来，如果某个响应太慢，它就会堵住后面的请求。

所以，为了进一步提速，HTTP/2.0允许客户端在没有收到响应的时候，发送多个HTTP请求，服务器返回响应的时候，不一定按顺序返回，只要双方能识别出哪个响应对应哪个请求，就可以做到并行发送和接收：

                       ┌─────────┐
┌─────────┐            │░░░░░░░░░│
│O ░░░░░░░│            ├─────────┤
├─────────┤            │░░░░░░░░░│
│         │            ├─────────┤
│         │            │░░░░░░░░░│
└─────────┘            └─────────┘
     │      request 1       │
     │─────────────────────▶│
     │      request 2       │
     │─────────────────────▶│
     │      response 1      │
     │◀─────────────────────│
     │      request 3       │
     │─────────────────────▶│
     │      response 3      │
     │◀─────────────────────│
     │      response 2      │
     │◀─────────────────────│
     ▼                      ▼

可见，HTTP/2.0进一步提高了效率。

HTTP编程

既然HTTP涉及到客户端和服务器端，和TCP类似，我们也需要针对客户端编程和针对服务器端编程。

本节我们不讨论服务器端的HTTP编程，因为服务器端的HTTP编程本质上就是编写Web服务器，这是一个非常复杂的体系，也是JavaEE开发的核心内容，我们在后面的章节再仔细研究。

本节我们只讨论作为客户端的HTTP编程。

因为浏览器也是一种HTTP客户端，所以，客户端的HTTP编程，它的行为本质上和浏览器是一样的，即发送一个HTTP请求，接收服务器响应后，获得响应内容。只不过浏览器进一步把响应内容解析后渲染并展示给了用户，而我们使用Java进行HTTP客户端编程仅限于获得响应内容。

我们来看一下Java如何使用HTTP客户端编程。

Java标准库提供了基于HTTP的包，但是要注意，早期的JDK版本是通过HttpURLConnection访问HTTP，典型代码如下：

URL url = new URL("http://www.example.com/path/to/target?a=1&b=2");
HttpURLConnection conn = (HttpURLConnection) url.openConnection();
conn.setRequestMethod("GET");
conn.setUseCaches(false);
conn.setConnectTimeout(5000); // 请求超时5秒
// 设置HTTP头:
conn.setRequestProperty("Accept", "*/*");
conn.setRequestProperty("User-Agent", "Mozilla/5.0 (compatible; MSIE 11; Windows NT 5.1)");
// 连接并发送HTTP请求:
conn.connect();
// 判断HTTP响应是否200:
if (conn.getResponseCode() != 200) {
    throw new RuntimeException("bad response");
}		
// 获取所有响应Header:
Map<String, List<String>> map = conn.getHeaderFields();
for (String key : map.keySet()) {
    System.out.println(key + ": " + map.get(key));
}
// 获取响应内容:
InputStream input = conn.getInputStream();
...

上述代码编写比较繁琐，并且需要手动处理InputStream，所以用起来很麻烦。

从Java 11开始，引入了新的HttpClient，它使用链式调用的API，能大大简化HTTP的处理。

我们来看一下如何使用新版的HttpClient。首先需要创建一个全局HttpClient实例，因为HttpClient内部使用线程池优化多个HTTP连接，可以复用：

static HttpClient httpClient = HttpClient.newBuilder().build();

使用GET请求获取文本内容代码如下：

import java.net.URI;
import java.net.http.*;
import java.net.http.HttpClient.Version;
import java.time.Duration;
import java.util.*;

public class Main {
    // 全局HttpClient:
    static HttpClient httpClient = HttpClient.newBuilder().build();

    public static void main(String[] args) throws Exception {
        String url = "https://www.sina.com.cn/";
        HttpRequest request = HttpRequest.newBuilder(new URI(url))
            // 设置Header:
            .header("User-Agent", "Java HttpClient").header("Accept", "*/*")
            // 设置超时:
            .timeout(Duration.ofSeconds(5))
            // 设置版本:
            .version(Version.HTTP_2).build();
        HttpResponse<String> response = httpClient.send(request, HttpResponse.BodyHandlers.ofString());
        // HTTP允许重复的Header，因此一个Header可对应多个Value:
        Map<String, List<String>> headers = response.headers().map();
        for (String header : headers.keySet()) {
            System.out.println(header + ": " + headers.get(header).get(0));
        }
        System.out.println(response.body().substring(0, 1024) + "...");
    }
}

如果我们要获取图片这样的二进制内容，只需要把HttpResponse.BodyHandlers.ofString()换成HttpResponse.BodyHandlers.ofByteArray()，就可以获得一个HttpResponse<byte[]>对象。如果响应的内容很大，不希望一次性全部加载到内存，可以使用HttpResponse.BodyHandlers.ofInputStream()获取一个InputStream流。

要使用POST请求，我们要准备好发送的Body数据并正确设置Content-Type：

String url = "http://www.example.com/login";
String body = "username=bob&password=123456";
HttpRequest request = HttpRequest.newBuilder(new URI(url))
    // 设置Header:
    .header("Accept", "*/*")
    .header("Content-Type", "application/x-www-form-urlencoded")
    // 设置超时:
    .timeout(Duration.ofSeconds(5))
    // 设置版本:
    .version(Version.HTTP_2)
    // 使用POST并设置Body:
    .POST(BodyPublishers.ofString(body, StandardCharsets.UTF_8)).build();
HttpResponse<String> response = httpClient.send(request, HttpResponse.BodyHandlers.ofString());
String s = response.body();

可见发送POST数据也十分简单。

练习

使用HttpClient。

下载练习

小结

Java提供了HttpClient作为新的HTTP客户端编程接口用于取代老的HttpURLConnection接口；

HttpClient使用链式调用并通过内置的BodyPublishers和BodyHandlers来更方便地处理数据。