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HTTP面试指南

FreeZinG / 1881人阅读

摘要:报文主体并不是一定要有的。缓存缓存作用减少了冗余的数据传输,节省了网费。当资源发生改变时,也随之发生变化。本人水平有限,有不足之处,望大家指出改正。

前言

或许你在面试时遇到过这样的问题:从输入URL到浏览器显示页面发生了什么?
简单的回答就是:

DNS解析

TCP建立连接

发送HTTP请求

服务器处理请求

如果有缓存直接读缓存

没有缓存返回响应内容

TCP断开连接

浏览器解析渲染页面

如果你觉得这样回答过于简单,不如来深入了解一下吧。

网络基础

在此之前,先了解一下TCP/IP基础知识。

TCP/IP参考模型

早期的TCP/IP模型是一个四层结构,从下往上依次是网络接口层、互联网层、传输层和应用层,后来将网络接口层划分为了物理层和数据链路层

应用层(Application)提供网络与用户应用软件之间的接口服务

传输层(Transimission)提供建立、维护和取消传输连接功能,负责可靠地传输数据(PC)
传输层有两个性质不同的协议:TCP(传输控制协议)和UDP(用户数据报协议)

网络层(Network)处理网络间路由,确保数据及时传送(路由器)

数据链路层(DataLink)负责无错传输数据,确认帧、发错重传等(交换机)

物理层(Physics)提供机械、电气、功能和过程特性(网卡、网线、双绞线、同轴电缆、中继器)

各层常用协议

这里可以看到HTTP协议是构建于TCP之上,属于应用层协议

具体过程 1. DNS解析

DNS服务是和HTTP协议一样位于应用层的协议,提供域名到IP地址的解析服务。

得到IP地址后就可以建立连接了,这里还有两个知识需要了解:

持久连接

持久连接(也称为HTTP keep-alive)的特点是,只要任意一段没有提出断开连接,就保持TCP连接状态。

管线化

持久连接建立后就可以使用管线化发送了,可以同时并发多个请求,不用等待一个接一个的响应。(在这里我想到了流的pipe方法。)

2. TCP连接与断开 2.1 TCP报文格式


大致说一下:

计算机通过端口号识别访问哪个服务,比如http;源端口号进行随机端口,目的端口决定哪个程序进行接收

数据序号和确认序号用于保障传输数据的完整性和顺序

需要注意的是TCP的连接、传输和断开都受六个控制位的指挥(比如三次握手和四次挥手)

PSH(push急迫位)缓存区将满,立刻速度传输

RST(reset重置位)连接断了重新连接

URG(urgent紧急位)紧急信号

ACK(acknowlegement确认)为1就表示确认号

SYN(synchronous建立联机)同步序号位 TCP建立连接时将这个值设为1

用户数据存储了应用层生成的HTTP报文

了解了这些,那么开始讲重点

2.2 TCP三次握手和四次挥手

三次握手

客户端先发送一个带SYN标志的数据包给服务器端

服务器收到后,回传一个带有SYN/ACK标志的数据包表示确认收到

客户端再发送一个带SYN/ACK标志的数据包,代表握手结束

四次挥手

客户端向服务器发出了FIN报文段

服务器收到后,回复一个ACK应答

服务器也向客户端发送一个FIN报文段,随后关闭了服务器端的连接

客户端收到之后,又向服务器回复一个ACK应答,过了一段计时等待,客户端也关闭了连接(计时等待是为了确认服务器端已正常关闭)

四次挥手并不是必然的,当服务器已经没有内容发给客户端了,就直接发送FIN报文段,这样就变成了三次挥手。
3. HTTP请求/响应 3.1 HTTP报文

HTTP报文大致可分为报文首部和报文主体两块,两者由空行(就相当于用了两个换行符rnrn)来划分。报文主体并不是一定要有的。

3.1.1 请求报文

常用请求行方法:

GET 获取资源

POST 向服务器端发送数据,传输实体主体

PUT 传输文件

HEAD 获取报文首部

DELETE 删除文件

OPTIONS 询问支持的方法

TRACE 追踪路径

3.1.2 响应报文

说到响应报文,就必要谈到状态码:

2XX 成功

200(OK) 客户端发过来的数据被正常处理

204(Not Content) 正常响应,没有实体

206(Partial Content) 范围请求,返回部分数据,响应报文中由Content-Range指定实体内容

3XX 重定向

301(Moved Permanently) 永久重定向

302(Found) 临时重定向,规范要求方法名不变,但是都会改变

303(See Other) 和302类似,但必须用GET方法

304(Not Modified) 状态未改变 配合(If-Match、If-Modified-Since、If-None_Match、If-Range、If-Unmodified-Since) (通常缓存会返回304状态码)

4XX 客户端错误

400(Bad Request) 请求报文语法错误

401 (unauthorized) 需要认证

403(Forbidden) 服务器拒绝访问对应的资源

404(Not Found) 服务器上无法找到资源

5XX 服务器端错误

500(Internal Server Error) 服务器故障

503(Service Unavailable) 服务器处于超负载或正在停机维护

3.1.3 首部

通用首部

首部字段名 说明
Cache-Control 控制缓存行为
Connection 连接的管理
Date 报文日期
Pragma 报文指令
Trailer 报文尾部的首部
Trasfer-Encoding 指定报文主体的传输编码方式
Upgrade 升级为其他协议
Via 代理服务器信息
Warning 错误通知

请求首部

首部字段名 说明
Accept 用户代理可处理的媒体类型
Accept-Charset 优先的字符集
Accept-Encoding 优先的编码
Accept-Langulage 优先的语言
Authorization Web认证信息
Expect 期待服务器的特定行为
From 用户的电子邮箱地址
Host 请求资源所在的服务器
If-Match 比较实体标记
If-Modified-Since 比较资源的更新时间
If-None-Match 比较实体标记
If-Range 资源未更新时发送实体Byte的范围请求
If-Unmodified-Since 比较资源的更新时间(和If-Modified-Since相反)
Max-Forwards 最大传输条数
Proxy-Authorization 代理服务器需要客户端认证
Range 实体字节范围请求
Referer 请求中的URI的原始获取方
TE 传输编码的优先级
User-Agent HTTP客户端程序的信息

响应首部

首部字段名 说明
Accept-Ranges 是否接受字节范围
Age 资源的创建时间
ETag 资源的匹配信息
Location 客户端重定向至指定的URI
Proxy-Authenticate 代理服务器对客户端的认证信息
Retry-After 再次发送请求的时机
Server 服务器的信息
Vary 代理服务器缓存的管理信息
www-Authenticate 服务器对客户端的认证

实体首部

首部字段名 说明
Allow 资源可支持的HTTP方法
Content-Encoding 实体的编码方式
Content-Language 实体的自然语言
Content-Length 实体的内容大小(字节为单位)
Content-Location 替代对应资源的URI
Content-MD5 实体的报文摘要
Content-Range 实体的位置范围
Content-Type 实体主体的媒体类型
Expires 实体过期时间
Last-Modified 资源的最后修改时间
3.2 实现客户端访问服务端

创建HTTP服务端

let http = require("http");
let app = http.createServer((req, res) => {// req是可读流/res是可写流
    // 获取请求报文信息
    let method = req.method;// 方法
    let httpVersion = req.httpVersion;// HTTP版本
    let url = req.url;
    let headers = req.headers;
    console.log(method, httpVersion, url, headers);
    // 获取请求体(如果请求体的数据大于64k,data事件会被触发多次)
    let buffers = [];
    req.on("data", data => {
        buffers.push(data);
    })
    req.on("end", () => {
        console.log(Buffer.concat(buffers).toString());
        res.write("hello");
        res.end("world");
    })
})
// 监听服务器事件
app.on("connection", socket => {
    console.log("建立连接");
});
app.on("close", () => {
    console.log("服务器关闭")
});
app.on("error", err => {
    console.log(err);
});
app.listen(3000, () => {
    console.log("server is starting on port 3000");
});

创建客户端

let http = require("http");
let options = {
    hostname: "localhost",
    port: 3000,
    path: "/",
    method: "GET",
    // 设置实体首部 告诉服务端我当前要给你发什么样的数据
    headers: {
        "content-Type": "application/x-www-form-urlencoded",
        "Content-Length": 15
    }
}
let req = http.request(options);
req.on("response", res => {
    res.on("data", chunk => {
        console.log(chunk.toString());
    });
});
req.end("name=js&&age=22")

然后使用node运行我们的客户端

说了这么多,你可能已经大致了解了
从输入URL到浏览器显示页面发生了什么,不用多说,我们再来看一下缓存

4. 缓存 4.1 缓存作用

减少了冗余的数据传输,节省了网费。

减少了服务器的负担, 大大提高了网站的性能

加快了客户端加载网页的速度

4.2 缓存分类
强制缓存

强制缓存:说白了就是第一次请求数据时,服务端将数据和缓存规则一并返回,下一次请求时浏览器直接根据缓存规则进行判断,有就直接读缓存数据库,不用连接服务器;没有,再去找服务器。

对比缓存

对比缓存,顾名思义,需要进行比较判断是否可以使用缓存。

浏览器第一次请求数据时,服务器会将缓存标识与数据一起返回给客户端,客户端将二者备份至缓存数据库中。

再次请求数据时,客户端将备份的缓存标识发送给服务器,服务器根据缓存标识进行判断,判断成功后,返回304状态码,通知* 客户端比较成功,可以使用缓存数据。

4.3 请求流程
第一次请求,此时没有缓存

第二次请求

从上张图我们可以看到,判断缓存是否可用,有两种方式

ETag是实体标签的缩写,根据实体内容生成的一段hash字符串,可以标识资源的状态。当资源发生改变时,ETag也随之发生变化。ETag是Web服务端产生的,然后发给浏览器客户端。

Last-Modified是此资源的最后修改时间,

如果客户端在请求到的资源中发现实体首部里有Last-Modified声明,再次请求就会在头里带上if-Modified-Since字段

服务端收到请求后发现if-Modified-Since字段则与被请求资源的最后修改时间进行对比

说了这么多,不如直接来实现一下缓存

通过最后修改时间来判断缓存是否可用

let http = require("http");
let url = require("url");
let path = require("path");
let fs = require("fs");
let mime = require("mime");
let app = http.createServer((req, res) => {
    // 根据url获取客户端要请求的文件路径
    let { parsename } = url.parse(req.url);
    let p = path.join(__dirname, "public", "." + pathname);
    // fs.stat()用来读取文件信息,文件最后修改时间就是stat.ctime
    fs.stat(p, (err, stat) => {
        if (!err) {
            let since = req.headers["if-modified-since"];//客户端发来的文件最后修改时间
            if (since) {
                if (since === stat.ctime.toUTCString()) {//最后修改时间相等,读缓存
                    res.statusCode = 304;
                    res.end();
                } else {
                    sendFile(req, res, p, stat);//最后修改时间不相等,返回新内容
                }
            } else {
                sendError(res);
            }
        }
    })
})
function sendError(res) {
    res.statusCode = 404;
    res.end();
}
function sendFile(req, res, p, stat) {
    res.setHeader("Cache-Control", "no-cache");// 设置通用首部字段 控制缓存行为
    res.setHeader("Last-Modified", stat.ctime.toUTCString());// 实体首部字段 资源最后修改时间
    res.setHeader("Content-Type", mime.getType(p) + ";charset=utf8")
    fs.createReadStream(p).pipe(res);
}
app.listen(3000, () => {
    console.log("server is starting on port 3000");
});
最后修改时间存在问题:
1. 某些服务器不能精确得到文件的最后修改时间, 这样就无法通过最后修改时间来判断文件是否更新了。
2. 某些文件的修改非常频繁,在秒以下的时间内进行修改. Last-Modified只能精确到秒。
3. 一些文件的最后修改时间改变了,但是内容并未改变。 我们不希望客户端认为这个文件修改了。
4. 如果同样的一个文件位于多个CDN服务器上的时候内容虽然一样,修改时间不一样。

通过ETag来判断缓存是否可用

ETag就是根据文件内容来判断,说白了就是采用MD5(md5并不叫加密算法,它不可逆,应该叫摘要算法)产生信息摘要,用摘要来进行比对。

let http = require("http");
let url = require("url");
let path = require("path");
let fs = require("fs");
let mime = require("mime");
// crypto是node.js中实现加密和解密的模块 具体详解请自行了解
let crypto = require("crypto");
let app = http.createServer((req, res) => {
    // 根据url获取客户端要请求的文件路径
    let { parsename } = url.parse(req.url);
    let p = path.join(__dirname, "public", "." + pathname);
    // fs.stat()用来读取文件信息,文件最后修改时间就是stat.ctime
    fs.stat(p, (err, stat) => {
        let md5 = crypto.createHash("md5");//创建md5对象
        let rs = fs.createReadStream(p);
        rs.on("data", function (data) {
            md5.update(data);
        });
        rs.on("end", () => {
            let r = md5.digest("hex"); // 对文件进行md5加密
            // 下次就拿最新文件的加密值 和客户端请求来比较
            let ifNoneMatch = req.headers["if-none-match"];
            if (ifNoneMatch) {
                if (ifNoneMatch === r) {
                    res.statusCode = 304;
                    res.end();
                } else {
                    sendFile(req, res, p, r);
                }
            } else {
                sendFile(req, res, p, r);
            }
        });
    })
});
function sendError(res) {
    res.statusCode = 404;
    res.end();
}
function sendFile(req, res, p, stat) {
    res.setHeader("Cache-Control", "no-cache");// 设置通用首部字段 控制缓存行为
    res.setHeader("Etag", r);// 响应首部字段 资源的匹配信息
    res.setHeader("Content-Type", mime.getType(p) + ";charset=utf8")
    fs.createReadStream(p).pipe(res);
}
app.listen(3000, () => {
    console.log("server is starting on port 3000");
});
最后

想深入学习http的同学,我推荐一本书《图解HTTP》。
本人水平有限,有不足之处,望大家指出改正。

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