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【系列二】长连接,短连接及WebSocket介绍(含http1.0,1.1,2.0相关)

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前言

上一节讲了长轮询和轮询及其实现,这节讲一讲长连接、短连接及webSocket,在讲这些之前,我们先来普及一下http相关的一些基础知识。

http1.0和http1.1及http2.0区别

先说说http1.0

http1.0

HTTP 协议老的标准是HTTP/1.0,为了提高系统的效率,HTTP 1.0规定浏览器与服务器只保持短暂的连接,浏览器的每次请求都需要与服务器建立一个TCP连接,服务器完成请求处理后立即断开TCP连接,服务器不跟踪每个客户也不记录过去的请求。但是,这也造成了一些性能上的缺陷,假如一个网页中包含很多图片和请求,每次都要断开重新连接,严重影响客户机和服务器的性能。基于此会发现,http1.0被抱怨最多的就是连接无法复用,和head of line blocking这两个问题。

连接无法复用会导致每次请求都经历三次握手和慢启动。三次握手在高延迟的场景下影响较明显,慢启动则对文件类大请求影响较大。

head of line blocking会导致带宽无法被充分利用,以及后续健康请求被阻塞。

HTTP1.1

一、HTTP 1.1支持持久连接(HTTP/1.1的默认模式使用带流水线的持久连接),在一个TCP连接上可以传送多个HTTP请求和响应,减少了建立和关闭连接的消耗和延迟。

二、HTTP 1.1还允许客户端不用等待上一次请求结果返回,就可以发出下一次请求,但服务器端必须按照接收到客户端请求的先后顺序依次回送响应结果,以保证客户端能够区分出每次请求的响应内容,这样也显著地减少了整个下载过程所需要的时间。

三、在HTTP 1.1中增加Host请求头字段。

我们可以在一台WEB服务器上可以在同一个IP地址和端口号上使用不同的主机名来创建多个虚拟WEB站点。

四、HTTP 1.1还提供了与身份认证、状态管理和Cache缓存等机制相关的请求头和响应头。

五、HTTP 1.1支持断点续传

在http1.1的相关配置:

在http1.1中默认就是长连接,在请求头中你会发现如下:

enter image description here

假如不使用长连接,则要如下设置:

Connection:close

断点续传配置:

Accept-Ranges : bytes | none

我们常常为图片等资源设置Accept-Ranges:bytes标头,以便使客户端,可以使用断点续传功能,当然,这一切的前提是,客户端之前有缓存部分数据。

Accept-Ranges:bytes=XXXX

表示从XXX开始断点续传。

HTTP 1.1状态代码及其含义

这里是附加写的,因为状态码是面试中经常提的问题,理解http1.1中的各种状态码:

1xx:指示信息--表示请求已接收,继续处理

100 Continue 初始的请求已经接受,客户应当继续发送请求的其余部分。(HTTP 1.1新)

101 Switching Protocols 服务器将遵从客户的请求转换到另外一种协议(HTTP 1.1新)

2xx:成功--表示请求已被成功接收、理解、接受

200 OK 一切正常,对GET和POST请求的应答文档跟在后面。
201 Created 服务器已经创建了文档,Location头给出了它的URL。
202 Accepted 已经接受请求,但处理尚未完成。
203 Non-Authoritative Information 文档已经正常地返回,但一些应答头可能不正确,因为使用的是文档的拷贝(HTTP 1.1新)。
204 No Content 没有新文档,浏览器应该继续显示原来的文档。如果用户定期地刷新页面,而Servlet可以确定用户文档足够新,这个状态代码是很有用的。
205 Reset Content 没有新的内容,但浏览器应该重置它所显示的内容。用来强制浏览器清除表单输入内容(HTTP 1.1新)。
206 Partial Content 客户发送了一个带有Range头的GET请求,服务器完成了它(HTTP 1.1新)。

3xx:重定向--要完成请求必须进行更进一步的操作

300 Multiple Choices 客户请求的文档可以在多个位置找到,这些位置已经在返回的文档内列出。如果服务器要提出优先选择,则应该在Location应答头指明。
301 Moved Permanently 客户请求的文档在其他地方,新的URL在Location头中给出,浏览器应该自动地访问新的URL。
302 Found 类似于301,但新的URL应该被视为临时性的替代,而不是永久性的。注意,在HTTP1.0中对应的状态信息是“Moved Temporatily”。
出现该状态代码时,浏览器能够自动访问新的URL,因此它是一个很有用的状态代码。
注意这个状态代码有时候可以和301替换使用。例如,如果浏览器错误地请求http://host/~user(缺少了后面的斜杠),有的服务器返回301,有的则返回302。
严格地说,我们只能假定只有当原来的请求是GET时浏览器才会自动重定向。请参见307。

303 See Other 类似于301/302,不同之处在于,如果原来的请求是POST,Location头指定的重定向目标文档应该通过GET提取(HTTP 1.1新)。
304 Not Modified 客户端有缓冲的文档并发出了一个条件性的请求(一般是提供If-Modified-Since头表示客户只想比指定日期更新的文档)。服务器告诉客户,原来缓冲的文档还可以继续使用。
305 Use Proxy 客户请求的文档应该通过Location头所指明的代理服务器提取(HTTP 1.1新)。
307 Temporary Redirect 和302(Found)相同。许多浏览器会错误地响应302应答进行重定向,即使原来的请求是POST,即使它实际上只能在POST请求的应答是303时 才能重定向。由于这个原因,HTTP 1.1新增了307,以便更加清除地区分几个状态代码:当出现303应答时,浏览器可以跟随重定向的GET和POST请求;如果是307应答,则浏览器只能跟随对GET请求的重定向。(HTTP 1.1新)

4xx:客户端错误--请求有语法错误或请求无法实现

400 Bad Request 请求出现语法错误。
401 Unauthorized 客户试图未经授权访问受密码保护的页面。应答中会包含一个WWW-Authenticate头,浏览器据此显示用户名字/密码对话框,然后在填写合适的Authorization头后再次发出请求。
403 Forbidden 资源不可用。服务器理解客户的请求,但拒绝处理它。通常由于服务器上文件或目录的权限设置导致。
404 Not Found 无法找到指定位置的资源。这也是一个常用的应答。
405 Method Not Allowed 请求方法(GET、POST、HEAD、DELETE、PUT、TRACE等)对指定的资源不适用。(HTTP 1.1新)
406 Not Acceptable 指定的资源已经找到,但它的MIME类型和客户在Accpet头中所指定的不兼容(HTTP 1.1新)。
407 Proxy Authentication Required 类似于401,表示客户必须先经过代理服务器的授权。(HTTP 1.1新)
408 Request Timeout 在服务器许可的等待时间内,客户一直没有发出任何请求。客户可以在以后重复同一请求。(HTTP 1.1新)
409 Conflict 通常和PUT请求有关。由于请求和资源的当前状态相冲突,因此请求不能成功。(HTTP 1.1新)
410 Gone 所请求的文档已经不再可用,而且服务器不知道应该重定向到哪一个地址。它和404的不同在于,返回407表示文档永久地离开了指定的位置,而404表示由于未知的原因文档不可用。(HTTP 1.1新)
411 Length Required 服务器不能处理请求,除非客户发送一个Content-Length头。(HTTP 1.1新)
412 Precondition Failed 请求头中指定的一些前提条件失败(HTTP 1.1新)。
413 Request Entity Too Large 目标文档的大小超过服务器当前愿意处理的大小。如果服务器认为自己能够稍后再处理该请求,则应该提供一个Retry-After头(HTTP 1.1新)。
414 Request URI Too Long URI太长(HTTP 1.1新)。
416 Requested Range Not Satisfiable 服务器不能满足客户在请求中指定的Range头。(HTTP 1.1新)

5xx:服务器端错误--服务器未能实现合法的请求

500 Internal Server Error 服务器遇到了意料不到的情况,不能完成客户的请求。
501 Not Implemented 服务器不支持实现请求所需要的功能。例如,客户发出了一个服务器不支持的PUT请求。
502 Bad Gateway 服务器作为网关或者代理时,为了完成请求访问下一个服务器,但该服务器返回了非法的应答。
503 Service Unavailable 服务器由于维护或者负载过重未能应答。例如,Servlet可能在数据库连接池已满的情况下返回503。服务器返回503时可以提供一个Retry-After头。
504 Gateway Timeout 由作为代理或网关的服务器使用,表示不能及时地从远程服务器获得应答。(HTTP 1.1新)
505 HTTP Version Not Supported 服务器不支持请求中所指明的HTTP版本。(HTTP 1.1新)

HTTP2.0

http2.0新特性如下:

多路复用 (Multiplexing)

多路复用允许同时通过单一的 HTTP/2 连接发起多重的请求-响应消息。在 HTTP/1.1 协议中浏览器客户端在同一时间,针对同一域名下的请求有一定数量限制。超过限制数目的请求会被阻塞。

而 HTTP/2 的多路复用(Multiplexing) 则允许同时通过单一的 HTTP/2 连接发起多重的请求-响应消息。因此 HTTP/2 可以很容易的去实现多流并行而不用依赖建立多个 TCP 连接,HTTP/2 把 HTTP 协议通信的基本单位缩小为一个一个的帧,这些帧对应着逻辑流中的消息。并行地在同一个 TCP 连接上双向交换消息。

二进制分帧

HTTP/2在 应用层(HTTP/2)和传输层(TCP or UDP)之间增加一个二进制分帧层。在不改动 HTTP/1.x 的语义、方法、状态码、URI 以及首部字段的情况下, 解决了HTTP1.1 的性能限制,改进传输性能,实现低延迟和高吞吐量。

首部压缩(Header Compression)

HTTP/1.1并不支持 HTTP 首部压缩,为此 SPDY 和 HTTP/2 应运而生, SPDY 使用的是通用的DEFLATE 算法,而 HTTP/2 则使用了专门为首部压缩而设计的 HPACK 算法。

服务端推送(Server Push)

服务端推送是一种在客户端请求之前发送数据的机制。在 HTTP/2 中,服务器可以对客户端的一个请求发送多个响应。

Server Push 让 HTTP1.x 时代使用内嵌资源的优化手段变得没有意义;
如果一个请求是由你的主页发起的,服务器很可能会响应主页内容、logo 以及样式表,因为它知道客户端会用到这些东西。这相当于在一个 HTML 文档内集合了所有的资源。

与之相比,服务器推送还有一个很大的优势:可以缓存!也让在遵循同源的情况下,不同页面之间可以共享缓存资源成为可能。

HTTPS

已经讲了http1.0,http1.1和http2.0了,这里不差https了,再写一下https

HTTPS都是用的TLS协议,但是由于SSL出现的时间比较早【SSL(Secure Sockets Layer)协议用于对HTTP协议传输的数据进行加密】,并且依旧被现在浏览器所支持,因此SSL依然是HTTPS的代名词。

HTTPS在传输数据之前需要客户端(浏览器)与服务端(网站)之间进行一次握手,在握手过程中将确立双方加密传输数据的密码信息。TLS/SSL协议不仅仅是一套加密传输的协议,TLS/SSL中使用了非对称加密,对称加密以及HASH算法。握手过程的简单描述如下:

1.浏览器将自己支持的一套加密规则发送给网站。

2.网站从中选出一组加密算法与HASH算法,并将自己的身份信息以证书的形式发回给浏览器。证书里面包含了网站地址,加密公钥,以及证书的颁发机构等信息。

3.获得网站证书之后浏览器要做以下工作:
a) 验证证书的合法性(颁发证书的机构是否合法,证书中包含的网站地址是否与正在访问的地址一致等),如果证书受信任,则浏览器栏里面会显示一个小锁头,否则会给出证书不受信的提示。
b) 如果证书受信任,或者是用户接受了不受信的证书,浏览器会生成一串随机数的密码,并用证书中提供的公钥加密。
c) 使用约定好的HASH计算握手消息,并使用生成的随机数对消息进行加密,最后将之前生成的所有信息发送给网站。

4.网站接收浏览器发来的数据之后要做以下的操作:
a) 使用自己的私钥将信息解密取出密码,使用密码解密浏览器发来的握手消息,并验证HASH是否与浏览器发来的一致。
b) 使用密码加密一段握手消息,发送给浏览器。

5.浏览器解密并计算握手消息的HASH,如果与服务端发来的HASH一致,此时握手过程结束,之后所有的通信数据将由之前浏览器生成的随机密码并利用对称加密算法进行加密。

TLS握手过程中如果有任何错误,都会使加密连接断开,从而阻止了隐私信息的传输。正是由于HTTPS非常的安全,攻击者无法从中找到下手的地方,于是更多的是采用了假证书的手法来欺骗客户端,从而获取明文的信息。默认HTTP的端口号为80,HTTPS的端口号为443。

长连接,短连接

普及了这么多知识之后,再说长连接和短连接,大家应该很清楚了吧,长连接就是http1.1支持的链接。

长连接过程如下:

连接->传输数据->保持连接 -> 传输数据-> 。。。 ->关闭连接。 

短连接如下:

连接->传输数据->关闭连接 

WebSocket

关于websocket,我之前应该有文章介绍过:具体请看文章:http://www.haorooms.com/post/html5_websocket

关于websocket的一些操作,这篇文章就不详细阐述了。更多请看

服务器发送事件sse

html5之sse服务器发送事件EventSource介绍

这个是我之前写的一篇文章,主要是服务器主动发送。欢迎去看看!

websocket和轮询及长轮询区别

轮询如下:

客户端:啦啦啦,有没有新信息(Request)
服务端:没有(Response)
客户端:啦啦啦,有没有新信息(Request)
服务端:没有。。(Response)
客户端:啦啦啦,有没有新信息(Request)
服务端:你好烦啊,没有啊。。(Response)
客户端:啦啦啦,有没有新消息(Request)
服务端:好啦好啦,有啦给你。(Response)
客户端:啦啦啦,有没有新消息(Request)
服务端:。。。。。没。。。。没。。。没有(Response) ---- loop

长轮询如下:

客户端:啦啦啦,有没有新信息,没有的话就等有了才返回给我吧(Request)
服务端:额。。 等待到有消息的时候。。来 给你(Response)
客户端:啦啦啦,有没有新信息,没有的话就等有了才返回给我吧(Request) -loop

websocket如下:

websocket解决了HTTP的这几个难题。 首先,被动性,当服务器完成协议升级后(HTTP->Websocket),服务端就可以主动推送信息给客户端啦。

所以上面的情景可以做如下修改。

客户端:啦啦啦,我要建立Websocket协议,需要的服务:chat,Websocket协议版本:17(HTTP Request)
服务端:ok,确认,已升级为Websocket协议(HTTP Protocols Switched)
客户端:麻烦你有信息的时候推送给我噢。。
服务端:ok,有的时候会告诉你的。
服务端:balabalabalabala
服务端:balabalabalabala
服务端:哈哈哈哈哈啊哈哈哈哈
服务端:笑死我了哈哈哈哈哈哈哈

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