在开始学习Web容器之前,我想先问你一个问题:HTTP和HTML有什么区别?
为什么我会问这个问题?你可以把它当作一个入门测试,检测一下自己的对HTTP协议的理解。因为Tomcat和Jetty本身就是一个“HTTP服务器 + Servlet容器”,如果你想深入理解Tomcat和Jetty的工作原理,我认为理解HTTP协议的工作原理是学习的基础。
如果你对这个问题还稍有迟疑,那么请跟我一起来回顾一下HTTP协议吧。
HTTP协议是浏览器与服务器之间的数据传送协议。作为应用层协议,HTTP是基于TCP/IP协议来传递数据的(HTML文件、图片、查询结果等),HTTP协议不涉及数据包(Packet)传输,主要规定了客户端和服务器之间的通信格式。
下面我通过一个例子来告诉你HTTP的本质是什么。
假如浏览器需要从远程HTTP服务器获取一个HTML文本,在这个过程中,浏览器实际上要做两件事情。
与服务器建立Socket连接。
生成请求数据并通过Socket发送出去。
第一步比较容易理解,浏览器从地址栏获取用户输入的网址和端口,去连接远端的服务器,这样就能通信了。
我们重点来看第二步,这个请求数据到底长什么样呢?都请求些什么内容呢?或者换句话说,浏览器需要告诉服务端什么信息呢?
首先最基本的是,你要让服务端知道你的意图,你是想获取内容还是提交内容;其次你需要告诉服务端你想要哪个内容。那么要把这些信息以一种什么样的格式放到请求里去呢?这就是HTTP协议要解决的问题。也就是说,HTTP协议的本质就是一种浏览器与服务器之间约定好的通信格式。那浏览器与服务器之间具体是怎么工作的呢?
请你来看下面这张图,我们过一遍一次HTTP的请求过程。
从图上你可以看到,这个过程是:
1.用户通过浏览器进行了一个操作,比如输入网址并回车,或者是点击链接,接着浏览器获取了这个事件。
2.浏览器向服务端发出TCP连接请求。
3.服务程序接受浏览器的连接请求,并经过TCP三次握手建立连接。
4.浏览器将请求数据打包成一个HTTP协议格式的数据包。
5.浏览器将该数据包推入网络,数据包经过网络传输,最终达到端服务程序。
6.服务端程序拿到这个数据包后,同样以HTTP协议格式解包,获取到客户端的意图。
7.得知客户端意图后进行处理,比如提供静态文件或者调用服务端程序获得动态结果。
8.服务器将响应结果(可能是HTML或者图片等)按照HTTP协议格式打包。
9.服务器将响应数据包推入网络,数据包经过网络传输最终达到到浏览器。
10.浏览器拿到数据包后,以HTTP协议的格式解包,然后解析数据,假设这里的数据是HTML。
11.浏览器将HTML文件展示在页面上。
那我们想要探究的Tomcat和Jetty作为一个HTTP服务器,在这个过程中都做了些什么事情呢?主要是接受连接、解析请求数据、处理请求和发送响应这几个步骤。这里请你注意,可能有成千上万的浏览器同时请求同一个HTTP服务器,因此Tomcat和Jetty为了提高服务的能力和并发度,往往会将自己要做的几个事情并行化,具体来说就是使用多线程的技术。这也是专栏所关注的一个重点,我在后面会进行专门讲解。
你有没有注意到,在浏览器和HTTP服务器之间通信的过程中,首先要将数据打包成HTTP协议的格式,那HTTP协议的数据包具体长什么样呢?这里我以极客时间的登陆请求为例,用户在登陆页面输入用户名和密码,点击登陆后,浏览器发出了这样的HTTP请求:
你可以看到,HTTP请求数据由三部分组成,分别是请求行、请求报头、请求正文。当这个HTTP请求数据到达Tomcat后,Tomcat会把HTTP请求数据字节流解析成一个Request对象,这个Request对象封装了HTTP所有的请求信息。接着Tomcat把这个Request对象交给Web应用去处理,处理完后得到一个Response对象,Tomcat会把这个Response对象转成HTTP格式的响应数据并发送给浏览器。
我们再来看看HTTP响应的格式,HTTP的响应也是由三部分组成,分别是状态行、响应报头、报文主体。同样,我还以极客时间登陆请求的响应为例。
具体的HTTP协议格式,你可以去网上搜索,我就不再赘述了。为了更好地帮助你理解HTTP服务器(比如Tomcat)的工作原理,接下来我想谈一谈Cookie跟Session的原理。
我们知道,HTTP协议有个特点是无状态,请求与请求之间是没有关系的。这样会出现一个很尴尬的问题:Web应用不知道你是谁。比如你登陆淘宝后,在购物车中添加了三件商品,刷新一下网页,这时系统提示你仍然处于未登录的状态,购物车也空了,很显然这种情况是不可接受的。因此HTTP协议需要一种技术让请求与请求之间建立起联系,并且服务器需要知道这个请求来自哪个用户,于是Cookie技术出现了。
1. Cookie技术
Cookie是HTTP报文的一个请求头,Web应用可以将用户的标识信息或者其他一些信息(用户名等)存储在Cookie中。用户经过验证之后,每次HTTP请求报文中都包含Cookie,这样服务器读取这个Cookie请求头就知道用户是谁了。Cookie本质上就是一份存储在用户本地的文件,里面包含了每次请求中都需要传递的信息。
2. Session技术
由于Cookie以明文的方式存储在本地,而Cookie中往往带有用户信息,这样就造成了非常大的安全隐患。而Session的出现解决了这个问题,Session可以理解为服务器端开辟的存储空间,里面保存了用户的状态,用户信息以Session的形式存储在服务端。当用户请求到来时,服务端可以把用户的请求和用户的Session对应起来。那么Session是怎么和请求对应起来的呢?答案是通过Cookie,浏览器在Cookie中填充了一个Session ID之类的字段用来标识请求。
具体工作过程是这样的:服务器在创建Session的同时,会为该Session生成唯一的Session ID,当浏览器再次发送请求的时候,会将这个Session ID带上,服务器接受到请求之后就会依据Session ID找到相应的Session,找到Session后,就可以在Session中获取或者添加内容了。而这些内容只会保存在服务器中,发到客户端的只有Session ID,这样相对安全,也节省了网络流量,因为不需要在Cookie中存储大量用户信息。
3. Session创建与存储
那么Session在何时何地创建呢?当然还是在服务器端程序运行的过程中创建的,不同语言实现的应用程序有不同的创建Session的方法。在Java中,是Web应用程序在调用HttpServletRequest的getSession方法时,由Web容器(比如Tomcat)创建的。那HttpServletRequest又是什么呢?别着急,我们下一期再聊。
Tomcat的Session管理器提供了多种持久化方案来存储Session,通常会采用高性能的存储方式,比如Redis,并且通过集群部署的方式,防止单点故障,从而提升高可用。同时,Session有过期时间,因此Tomcat会开启后台线程定期的轮询,如果Session过期了就将Session失效。
HTTP协议和其他应用层协议一样,本质上是一种通信格式。回到文章开头我问你的问题,其实答案很简单:HTTP是通信的方式,HTML才是通信的目的,就好比HTTP是信封,信封里面的信(HTML)才是内容;但是没有信封,信也没办法寄出去。HTTP协议就是浏览器与服务器之间的沟通语言,具体交互过程是请求、处理和响应。
由于HTTP是无状态的协议,为了识别请求是哪个用户发过来的,出现了Cookie和Session技术。Cookie本质上就是一份存储在用户本地的文件,里面包含了每次请求中都需要传递的信息;Session可以理解为服务器端开辟的存储空间,里面保存的信息用于保持状态。作为Web容器,Tomcat负责创建和管理Session,并提供了多种持久化方案来存储Session。
在HTTP/1.0时期,每次HTTP请求都会创建一个新的TCP连接,请求完成后之后这个TCP连接就会被关闭。这种通信模式的效率不高,所以在HTTP/1.1中,引入了HTTP长连接的概念,使用长连接的HTTP协议,会在响应头加入Connection:keep-alive。这样当浏览器完成一次请求后,浏览器和服务器之间的TCP连接不会关闭,再次访问这个服务器上的网页时,浏览器会继续使用这一条已经建立的连接,也就是说两个请求可能共用一个TCP连接。
今天留给你的思考题是,我在上面提到HTTP的特点是无状态的,多个请求之间是没有关系的,这是不是矛盾了?
不知道今天的内容你消化得如何?如果还有疑问,请大胆的在留言区提问,也欢迎你把你的课后思考和心得记录下来,与我和其他同学一起讨论。如果你觉得今天有所收获,欢迎你把它分享给你的朋友。
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