Android基础(10)—你需要知道的HTTP(S)、TCP、

HTTP(S)

介绍

HTTP--Hyper Text Transfer Protocol，超文本传输协议，是一种建立在TCP上的无状态连接，整个基本的工作流程是客户端发送一个HTTP请求，说明客户端想要访问的资源和请求的动作，服务端收到请求之后，服务端开始处理请求，并根据请求做出相应的动作访问服务器资源，最后通过发送HTTP响应把结果返回给客户端。其中一个请求的开始到一个响应的结束称为事务，当一个事物结束后还会在服务端添加一条日志条目。

HTTP请求

HTTP请求是客户端往服务端发送请求动作，告知服务器自己的要求。HTTP请求由状态行、请求头、请求正文三部分组成：

状态行：包括请求方式Method、资源路径URL、协议版本Version；

请求头：包括一些访问的域名、用户代理、Cookie等信息；

请求正文：就是HTTP请求的数据。

请求方式Method一般有GET、POST、PUT、DELETE，含义分别是获取、修改、上传、删除，其中GET方式仅仅为获取服务器资源，方式较为简单，因此在请求方式为GET的HTTP请求数据中，请求正文部分可以省略，直接将想要获取的资源添加到URL中。

下图为POST请求的格式，有状态行、请求头、请求正文三部分：

Post请求.png

HTTP响应

响应数据格式

服务器收到了客户端发来的HTTP请求后，根据HTTP请求中的动作要求，服务端做出具体的动作，将结果回应给客户端，称为HTTP响应。HTTP响应由三部分组成：状态行、响应头、响应正文；

状态行：包括协议版本Version、状态码Status Code、回应短语；

响应头：包括搭建服务器的软件，发送响应的时间，回应数据的格式等信息；

响应正文：就是响应的具体数据。

状态码	含义
1xx	表示HTTP请求已经接受，继续处理请求
2xx	表示HTTP请求已经处理完成
3xx	表示把请求访问的URL重定向到其他目录
4xx	表示客户端出现错误
5xx	表示服务端出现错误

常见状态码含义

常见状态码	含义
200	OK/请求已经正常处理完毕
301	请求永久重定向
302	请求临时重定向
304	请求被重定向到客户端本地缓存
400	客户端请求存在语法错误
401	客户端请求没有经过授权
403	客户端的请求被服务器拒绝，一般为客户端没有访问权限
404	客户端请求的URL服务端不存在
500	服务端永久错误
503	服务端发生临时错误

HTTP响应模型

服务器收到HTTP请求之后，会有多种方法响应这个请求，下面是HTTP响应的四种模型：

单进程I/O模型

服务端开启一个进程，一个进程仅能处理一个请求，并且对请求顺序处理；

多进程I/O模型

服务端并行开启多个进程，同样的一个进程只能处理一个请求，这样服务端就可以同时处理多个请求；

复用I/O模型

服务端开启一个进程，但可以同时开启多个线程，一个线程响应一个请求，同样可以达到同时处理多个请求，线程间并发执行；

复用多线程I/O模型

服务端并行开启多个进程，同时每个进程开启多个线程，这样服务端可以同时处理进程数M*每个进程的线程数N个请求。

HTTP报文格式

HTTP报文是HTTP应用程序之间传输的数据块，HTTP报文分为HTTP请求报文和HTTP响应报文，但是无论哪种报文，他的整体格式是类似的，大致都是由起始、首部、主体三部分组成，起始说明报文的动作，首部说明报文的属性，主体则是报文的数据。接下来具体说明。

HTTP请求报文

请求报文.png

请求报文的起始由请求行构成（有些资料称为状态行，名字不一样而已，都是指的一个东西），用来说明该请求想要做什么，由<Method、<URL、<Version 三个字段组成，注意每个字段之间都有一个空格。其中<Method字段有不同的值：

Method	含义
GET	访问服务器的资源
POST	向服务器发送要修改的数据
HEAD	获取服务器文档的首部
PUT	向服务器上传资源
DELETE	删除服务器的资源

<URL字段表示服务器的资源目录定位

<Version字段表示使用的HTTP协议版本

首部部分由多个请求头(首部行)构成，部分首部字段名如下：

首部字段名	含义
Accept	指定客户端能够接收的内容格式类型
Accept-Language	指定客户端能够接受的语言类型
Accept-Ecoding	指定客户端能够接受的编码类型
User-Agent	用户代理，向服务器说明自己的操作系统、浏览器等信息
Connection	是否开启持久连接(keep-alive)
Host	服务器域名

主体部分就是报文的具体数据。

HTTP响应报文

响应报文.png

响应报文的起始由状态行构成，用来说明服务器做了什么，由<Version、<Status-Code、<Phrase三个字段组成，同样的每个字段之间留有空格；首部由多个响应头(也叫首部行)组成，部分首部字段名如下：

首部字段名	含义
Server	服务器软件名，Apache/Nginx
Date	服务器发出响应报文的时间
Last-Modified	请求资源的最后的修改时间

主体部分是响应报文的具体数据。

HTTP协议版本更替

HTTP/0.9

HTTP协议的最初版本，功能简陋，仅支持请求方式GET，并且仅能请求访问HTML格式的资源。

HTTP/1.0

在0.9版本上做了进步，增加了请求方式POST和HEAD；不再局限于0.9版本的HTML格式，根据Content-Type可以支持多种数据格式，即MIME多用途互联网邮件扩展，例如text/html、image/jpeg等；同时也开始支持cache，就是当客户端在规定时间内访问统一网站，直接访问cache即可。

但是1.0版本的工作方式是每次TCP连接只能发送一个请求，当服务器响应后就会关闭这次连接，下一个请求需要再次建立TCP连接，就是不支持keep-alive。

HTTP/1.1

解决了1.0版本的keep-alive问题，1.1版本加入了持久连接，一个TCP连接可以允许多个HTTP请求； 加入了管道机制，一个TCP连接同时允许多个请求同时发送，增加了并发性；新增了请求方式PUT、PATCH、DELETE等.

但是还存在一些问题，服务端是按队列顺序处理请求的，假如一个请求处理时间很长，则会导致后边的请求无法处理，这样就造成了队头阻塞的问题；同时HTTP是无状态的连接，因此每次请求都需要添加重复的字段，降低了带宽的利用率。

HTTP/2.0

为了解决1.1版本利用率不高的问题，提出了HTTP/2.0版本。增加双工模式，即不仅客户端能够同时发送多个请求，服务端也能同时处理多个请求，解决了队头堵塞的问题；HTTP请求和响应中，状态行和请求/响应头都是些信息字段，并没有真正的数据，因此在2.0版本中将所有的信息字段建立一张表，为表中的每个字段建立索引，客户端和服务端共同使用这个表，他们之间就以索引号来表示信息字段，这样就避免了1.0旧版本的重复繁琐的字段，并以压缩的方式传输，提高利用率。另外也增加服务器推送的功能，即不经请求服务端主动向客户端发送数据。

当前主流的协议版本还是HTTP/1.1版本。

网络访问量

IP：IP访问量

相同的公网IP计算一次，就是同一个局域网内的所有用户访问一个网站，但是他们都是借助一个公网IP去访问那个网站的（NAT），因此这也只能算作一个IP访问量。换一次公网IP则会加1。

PV：网页访问量

用户访问的页面数就是PV访问量，同一个局域网的不同用户，而且就算是同一个用户，只要刷新一次网站页面，PV访问量就加1，三个访问量的值往往数PV的值最大。

UV：访客访问量

这里的访客不是用户，而是电脑，一台电脑算一个访客，即使是同一台电脑的不同用户，访问同一个网站UV也只能加1，只有更换电脑才会使UV加1，因为服务端会记录客户端电脑的信息。

HTTPS

介绍

HTTPS是以安全为目标的HTTP通道，是HTTP的安全版，即HTTP下加入SSL层，HTTPS的安全基础是SSL，因此加密的详细内容就需要SSL。HTTPS协议的主要作用可以分为两种：一种是建立一个信息安全通道，来保证数据传输的安全；另一种就是确认网站的真实性。

HTTP与HTTPS的区别

1.HTTPS协议需要到ca申请证书，一般免费证书较少，因而需要一定费用。

2.HTTP是超文本传输协议，信息是明文传输，HTTPS则是具有安全性的SSL加密传输协议。

3.HTTP和HTTPS使用的是完全不同的连接方式，用的端口也不一样，前者是80，后者是443。

4.HTTP的连接很简单，是无状态的；HTTPS协议是由SSL+HTTP协议构建的可进行加密传输、身份认证的网络协议，比HTTP协议安全。

HTTPS的工作原理

HTTPS工作原理.png

客户端在使用HTTPS方式与Web服务器通信时有以下几个步骤：

1.客户使用HTTPS的URL访问Web服务器，要求与Web服务器建立SSL连接。

2.Web服务器收到客户端请求后，会将网站的证书信息（证书中包含公钥）传送一份给客户端。

3.客户端的浏览器与Web服务器开始协商SSL连接的安全等级，也就是信息加密的等级。

4.客户端的浏览器根据双方同意的安全等级，建立会话密钥，然后利用网站的公钥将会话密钥加密，并传送给网站。

5.Web服务器利用自己的私钥解密出会话密钥。

6.Web服务器利用会话密钥加密与客户端之间的通信。

HTTPS的优缺点

优点

1.使用HTTPS协议可认证用户和服务器，确保数据发送到正确的客户机和服务器；

2.HTTPS协议是由SSL+HTTP协议构建的可进行加密传输、身份认证的网络协议，要比http协议安全，可防止数据在传输过程中不被窃取、改变，确保数据的完整性。

3.HTTPS是现行架构下最安全的解决方案，虽然不是绝对安全，但它大幅增加了中间人攻击的成本。

4.谷歌曾在2014年8月份调整搜索引擎算法，并称“比起同等HTTP网站，采用HTTPS加密的网站在搜索结果中的排名将会更高”。

缺点

1.HTTPS协议握手阶段比较费时，会使页面的加载时间延长近50%，增加10%到20%的耗电；

2.HTTPS连接缓存不如HTTP高效，会增加数据开销和功耗，甚至已有的安全措施也会因此而受到影响；

3.SSL证书需要钱，功能越强大的证书费用越高，个人网站、小网站没有必要一般不会用。

4.SSL证书通常需要绑定IP，不能在同一IP上绑定多个域名，IPv4资源不可能支撑这个消耗。

5.HTTPS协议的加密范围也比较有限，在黑客攻击、拒绝服务攻击、服务器劫持等方面几乎起不到什么作用。最关键的，SSL证书的信用链体系并不安全，特别是在某些国家可以控制CA根证书的情况下，中间人攻击一样可行。

Socket

介绍

Socket是应用层与TCP/IP协议族通信的中间软件抽象层，它是一组接口。在设计模式中，Socket其实就是一个门面模式，它把复杂的TCP/IP协议族隐藏在Socket接口后面，对用户来说，一组简单的接口就是全部，让Socket去组织数据，以符合指定的协议。

图解

Socket图解.png

通信步骤

Socket通信步骤.png

例子

client

public class Client {

    public static void main(String[] args) throws Exception {
        ServerSocket server_socket = new ServerSocket(8080);
        Socket socket = server_socket.accept();
        InputStream inputStream = socket.getInputStream();
        BufferedReader reader = new BufferedReader(new InputStreamReader(inputStream));
        String str;
        while ((str = reader.readLine()) != null) {
            System.out.println("我是服务端，我收到的消息是：" + str);
        }
        //用完关闭
        reader.close();
        inputStream.close();
        socket.close();
        server_socket.close();

    }
}

server

public class Server {

    public static void main(String[] args) throws Exception{
        Socket server_socket = new Socket("127.0.0.1",8080);
        BufferedWriter writer = new BufferedWriter(new OutputStreamWriter(server_socket.getOutputStream()));
        writer.write("你好，jimyoungwei ，这里是客户端给你发的消息。");
        writer.flush();
        writer.close();
        server_socket.close();
    }
}

先运行client，再运行server，运行结果：

/Library/Java/JavaVirtualMachines/jdk-11.0.1.jdk/Contents/Home/bin/java "-javaagent:/Applications/IntelliJ IDEA CE.app/Contents/lib/idea_rt.jar=62225:/Applications/IntelliJ IDEA CE.app/Contents/bin" -Dfile.encoding=UTF-8 -classpath /Users/jimyoungwei/IdeaProjects/SocketTest/out/production/SocketTest com.jimyoungwei.Client
我是服务端，我收到的消息是：你好，jimyoungwei ，这里是客户端给你发的消息。

Process finished with exit code 0

TCP/UDP

基本认知

TCP和UDP是OSI模型中的运输层中的协议。TCP提供可靠的通信传输，而UDP则常被用于让广播和细节控制交给应用的通信传输。

TCP(Transmission Control Protocol，传输控制协议):

连接三次握手：

TCP三次握手.png

第一次握手：Client将标志位SYN置为1，随机产生一个值seq=J，并将该数据包发送给Server，Client进入SYN_SENT状态，等待Server确认。

第二次握手：Server收到数据包后由标志位SYN=1知道Client请求建立连接，Server将标志位SYN和ACK都置为1，ack=J+1，随机产生一个值seq=K，并将该数据包发送给Client以确认连接请求，Server进入SYN_RCVD状态。

第三次握手：Client收到确认后，检查ack是否为J+1，ACK是否为1，如果正确则将标志位ACK置为1，ack=K+1，并将该数据包发送给Server，Server检查ack是否为K+1，ACK是否为1，如果正确则连接建立成功，Client和Server进入ESTABLISHED状态，完成三次握手，随后Client与Server之间可以开始传输数据了。

断开四次分手：

TCP四次分手.png

第一次挥手：Client发送一个FIN，用来关闭Client到Server的数据传送，Client进入FIN_WAIT_1状态。

第二次挥手：Server收到FIN后，发送一个ACK给Client，确认序号为收到序号+1（与SYN相同，一个FIN占用一个序号），Server进入CLOSE_WAIT状态。

第三次挥手：Server发送一个FIN，用来关闭Server到Client的数据传送，Server进入LAST_ACK状态。

第四次挥手：Client收到FIN后，Client进入TIME_WAIT状态，接着发送一个ACK给Server，确认序号为收到序号+1，Server进入CLOSED状态，完成四次挥手。

名词解析：

ACK ：TCP报头的控制位之一,对数据进行确认.确认由目的端发出,用它来告诉发送端这个序列号之前的数据段都收到了.比如,确认号为X,则表示前X-1个数据段都收到了,只有当ACK=1时,确认号才有效,当ACK=0时,确认号无效,这时会要求重传数据,保证数据的完整性。

SYN ： 同步序列号,TCP建立连接时将这个位置设置为1。

FIN ：发送端完成发送任务后,当TCP完成数据传输需要断开时,提出断开连接的一方将其设置为1。

包头结构：

源端口 16位
目标端口 16位
序列号 32位
回应序号 32位
TCP头长度 4位
reserved 6位
控制代码 6位
窗口大小 16位
偏移量 16位
校验和 16位
选项 32位(可选)
这样我们得出了TCP包头的最小长度，为20字节

UDP(User Data Protocol，用户数据报协议):

特点：

1.UDP是一个非连接的协议，传输数据之前源端和终端不建立连接，当它想传送时就简单地去抓取来自应用程序的数据，并尽可能快地把它扔到网络上。在发送端，UDP传送数据的速度仅仅是受应用程序生成数据的速度、计算机的能力和传输带宽的限制；在接收端，UDP把每个消息段放在队列中，应用程序每次从队列中读一个消息段。

2.由于传输数据不建立连接，因此也就不需要维护连接状态，包括收发状态等，因此一台服务机可同时向多个客户机传输相同的消息。

3.UDP信息包的标题很短，只有8个字节，相对于TCP的20个字节信息包的额外开销很小。

4.吞吐量不受拥挤控制算法的调节，只受应用软件生成数据的速率、传输带宽、源端和终端主机性能的限制。

5.UDP使用尽最大努力交付，即不保证可靠交付，因此主机不需要维持复杂的链接状态表（这里面有许多参数）。

6.UDP是面向报文的。发送方的UDP对应用程序交下来的报文，在添加首部后就向下交付给IP层。既不拆分，也不合并，而是保留这些报文的边界，因此，应用程序需要选择合适的报文大小。

使用“ping”命令来测试两台主机之间TCP/IP通信是否正常，其实“ping”命令的原理就是向对方主机发送UDP数据包，然后对方主机确认收到数据包，如果数据包是否到达的消息及时反馈回来，那么网络就是通的。

包头结构：

源端口 16位
目的端口 16位
长度 16位
校验和 16位

优点

TCP:

可靠，稳定 TCP的可靠体现在TCP在传递数据之前，会有三次握手来建立连接，而且在数据传递时，有确认、窗口、重传、拥塞控制机制，在数据传完后，还会断开连接用来节约系统资源。

UDP:

快，比TCP稍安全 UDP没有TCP的握手、确认、窗口、重传、拥塞控制等机制，UDP是一个无状态的传输协议，所以它在传递数据时非常快。没有TCP的这些机制，UDP较TCP被攻击者利用的漏洞就要少一些。但UDP也是无法避免攻击的，比如：UDP Flood攻击。

缺点

TCP:

慢，效率低，占用系统资源高，易被攻击 。TCP在传递数据之前，要先建连接，这会消耗时间，而且在数据传递时，确认机制、重传机制、拥塞控制机制等都会消耗大量的时间，而且要在每台设备上维护所有的传输连接，事实上，每个连接都会占用系统的CPU、内存等硬件资源。 而且，因为TCP有确认机制、三次握手机制，这些也导致TCP容易被人利用，实现DOS、DDOS、CC等攻击。

UDP:

不可靠，不稳定。 因为UDP没有TCP那些可靠的机制，在数据传递时，如果网络质量不好，就会很容易丢包。

应用场景

TCP:

当对网络通讯质量有要求的时候，比如：整个数据要准确无误的传递给对方，这往往用于一些要求可靠的应用，比如HTTP、HTTPS、FTP等传输文件的协议，POP、SMTP等邮件传输的协议。 在日常生活中，常见使用TCP协议的应用如下： 浏览器用的HTTP FlashFXP，用的FTP Outlook、用的POP、SMTP Putty，用的Telnet、SSH QQ文件传输 ……

UDP:

面向数据报方式，网络数据大多为短消息，拥有大量Client，对数据安全性无特殊要求，网络负担非常重，但对响应速度要求高，这时就可以使用UDP。 比如，日常生活中，常见使用UDP协议的应用如下： QQ语音 、QQ视频 、TFTP ……

网络编程

具体编程时区别：

1.socket()的参数不同。

2.UDP Server不需要调用listen和accept 。

3.UDP收发数据用sendto/recvfrom函数 。

4.TCP：地址信息在connect/accept时确定 。

5.UDP：在sendto/recvfrom函数中每次均 需指定地址信息 。

6.UDP：shutdown函数无效。

服务器端编程一般步骤：

TCP:

1、创建一个socket，用函数socket()。

2、设置socket属性，用函数setsockopt(); * 可选 。

3、绑定IP地址、端口等信息到socket上，用函数bind()。

4、开启监听，用函数listen()。

5、接收客户端上来的连接，用函数accept()。

6、收发数据，用函数send()和recv()，或者read()和write()。

7、关闭网络连接。

8、关闭监听。

UDP:

1、创建一个socket，用函数socket()。

2、设置socket属性，用函数setsockopt();* 可选 。

3、绑定IP地址、端口等信息到socket上，用函数bind()。

4、循环接收数据，用函数recvfrom()。

5、关闭网络连接。

客户端编程一般步骤：

TCP:

1、创建一个socket，用函数socket()。

2、设置socket属性，用函数setsockopt();* 可选 。

3、绑定IP地址、端口等信息到socket上，用函数bind();* 可选 。

4、设置要连接的对方的IP地址和端口等属性。

5、连接服务器，用函数connect()。

6、收发数据，用函数send()和recv()，或者read()和write()。

7、关闭网络连接。

UDP:

1、创建一个socket，用函数socket()。

2、设置socket属性，用函数setsockopt();* 可选 。

3、绑定IP地址、端口等信息到socket上，用函数bind();* 可选 。

4、设置对方的IP地址和端口等属性。

5、发送数据，用函数sendto()。

6、关闭网络连接。

区别

1、TCP面向连接（如打电话要先拨号建立连接）;UDP是无连接的，即发送数据之前不需要建立连接。

2、TCP提供可靠的服务。通过TCP连接传送的数据，无差错，不丢失，不重复，且按序到达;UDP尽最大努力交付，即不保证可靠交付。

3、TCP面向字节流，实际上是TCP把数据看成一连串无结构的字节流;UDP是面向报文的。UDP没有拥塞控制，因此网络出现拥塞不会使源主机的发送速率降低（对实时应用很有用，如IP电话，实时视频会议等）。

4、每一条TCP连接只能是点到点的;UDP支持一对一，一对多，多对一和多对多的交互通信。

5、TCP首部开销20字节;UDP的首部开销小，只有8个字节。

6、TCP的逻辑通信信道是全双工的可靠信道，UDP则是不可靠信道。

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