Java之HTTP网络编程（一）：TCP/SSL网页下载

目录

一、简介：HTTP程序设计

1、HTTP系统设计

2、HTTP客户端工作过程

3、HTTP服务端工作过程

二、基于TCP Socket的HTTP网页下载

三、基于SSL Socket的HTTPS网页下载

四、HTTP客户端完整代码

五、界面完整代码

六、最后+演示

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一、简介：HTTP程序设计

期末复习之HTTP网络编程，主要学习记录HTTP(s)协议的网络编程，包括使用TCP Socket进行三次握手的HTTP网页下载，和使用SSL Socket的安全传输的HTTPs网页下载，通过案例实践自行完成编程，认识http(s)的实际工作机制！

现在的HTTP客户端比早期的复杂得多，不仅包括了网页文件下载和显示，还有许多新的功能：跨平台的显示、参数的传递、动态网页的实现和用户交互等。

1、HTTP系统设计

• 客户端软件（web浏览器：Chrome、360浏览器等）
• 服务端软件（web服务器：微软的IIS、Apache Tomcat）

2、HTTP客户端工作过程

• 客户端软件和服务器建立连接（TCP的三次握手）；
• 发送HTTP头格式协议；
• 接收网页文件；
• 显示网页。

3、HTTP服务端工作过程

• 服务器软件开启80端口；
• 响应客户的要求、完成TCP连接；
• 检查客户端的HTTP头格式发送客户请求的网页文件（含动态网页）。

图1 HTTP请求-响应完整过程

网页下载技术是搜索引擎、网络爬虫、网页采集器或网络推送服务等相关应用领域内的基础技术，下面会介绍日常使用到的两种协议（http和https）的网页访问下载。

二、基于TCP Socket的HTTP网页下载

对于TCP套接字的连接过程已经有很深刻的认识了，在本地测试通信也使用过TCP的Socket建立连接，同理，与HTTP服务器建立连接，也是利用TCP进行信息交互的。

建立连接之后，需要发送HTTP请求头，服务器确认请求者，开启两端的通信，客户端可以接收网页文件信息，进而经过渲染后显示网页页面。这里我们先实现接收网页文件信息，在下一篇实现浏览器对网页渲染之后的功能。

以www.baidu.com为例，与HTTP服务器建立连接之后，需要我们发送网页请求，也就是HTTP请求头。构造请求头如下：

GET / HTTP/1.1

HOST: www.baidu.com

Accept: */*

Accept-Language: zh-cn

User-Agent: User-Agent:Mozilla/5.0 (Windows NT 10.0; Win64; x64)

Connection: Keep-Alive

需要严格按照格式发送，并且通常用StringBuffer类的toString()方法可将完整的HTTP请求头转换为字符串，一致发送到HTTP服务器。

StringBuffer msg = new StringBuffer();
msg.append("GET / HTTP/1.1\r\n"+
            "HOST: "+domainName+"\r\n"+
            "Accept: */*\r\n"+
            "Accept-Language: zh-CN\r\n"+
            "User-Agent: Mozilla/5.0 (Windows NT 10.0; Win64; x64)\r\n"+
            "Connection: Keep-Alive\r\n"
);

换行符使用\r\n是为了避免由于编码问题出错。

发送请求之后如果网页信息显示区返回的第一条信息是“HTTP/1.1 200 OK”，则说明访问正常。

可以看到HTTP服务器返回许多信息，这也是响应头，包含了许多关键信息内容。

三、基于SSL Socket的HTTPS网页下载

以上面设计的基于TCP通信传输的HTTP，我们尝试访问www.sina.com.cn，结果发现响应头信息第一行是HTTP/1.1 302 Moved Temporarily（站点被移除），出于安全考虑，现在绝大部分的web站点都将放弃HTTP而启用HTTPS，都使用了安全加密传输的HTTPS协议，而关闭了HTTP，只允许启用了SSL/TLS的HTTPS安全连接，这种连接默认是使用443端口。所以TCP Socket建立连接的方式无正常访问网页。

那只是端口改为443能正常吗，答案如下。

原因在前面也能看出，需要使用SSL/TLS的HTTPS安全连接，来建立与HTTPS服务器的通信，因此需要修改Socket类型。

这里使用到了Java安全套接字扩展（Java Secure Socket Extension，JSSE），基于SSL和TLS协议的Java网络应用程序提供了Java API以及参考实现，这里使用其客户端的SSLSocket套接字。SSLSocket相对之前学习的客户端套接字，只是创建方法不同，SSLSocket对象由SSLSocketFactory创建。

在类中声明成员变量以及创建Socket连接：

private SSLSocket socket;
private SSLSocketFactory factory;

factory=(SSLSocketFactory)SSLSocketFactory.getDefault();
socket=(SSLSocket)factory.createSocket(ip,Integer.parseInt(port));

对SSL Socket的使用与TCP相同，只是创建方法不同，经过稍微修改之后，可以成功请求HTTPS网站的网页信息。

四、HTTP客户端完整代码

这里给出HTTP客户端的完整代码，HTTPS只需改改上述讲到的SSL Socket。

/*
 * HTTPClient.java
 * Copyright (c) 2020-12-21
 * author : Charzous
 * All right reserved.
 */

package chapter08;

import java.io.*;
import java.net.Socket;

public class HTTPClient {
    private Socket socket;

    private PrintWriter pw;
    private BufferedReader br;
    /**
     * @param ip
     * @param port
     * @return
     * @author Charzous
     * @date 2020/12/21 14:52
     *
     */
    public HTTPClient(String ip, String port) throws IOException{
        //主动向服务器发起连接，实现TCP三次握手
        //不成功则抛出错误，由调用者处理错误
        socket =new Socket(ip,Integer.parseInt(port));

        //得到网络流输出字节流地址，并封装成网络输出字符流
        OutputStream socketOut=socket.getOutputStream();
        //参数true表示自动flush数据
        pw=new PrintWriter(new OutputStreamWriter(socketOut,"utf-8"),true);

        //得到网络输入字节流地址，并封装成网络输入字符流
        InputStream socketIn=socket.getInputStream();
        br=new BufferedReader(new InputStreamReader(socketIn,"utf-8"));

    }

    public void send(String msg) throws InterruptedException {
        //输出字符流，由socket调用系统底层函数，经网卡发送字节流
        try {
            Thread.sleep(500);
        }catch (InterruptedException e){
            e.printStackTrace();
        }

        pw.println(msg);
    }

    public String receive(){
        String msg=null;
        try {
            //从网络输入字符流中读取信息，每次只能接受一行信息
            //不够一行时（无行结束符），该语句阻塞
            //直到条件满足，程序往下运行
            msg=br.readLine();
        }catch (IOException e){
            e.printStackTrace();
        }
        return msg;
    }

    public void close(){
        try {
            if (socket!=null)
                socket.close();
        }catch (IOException e){
            e.printStackTrace();
        }
    }

}

五、界面完整代码

我直接用一个图形界面来访问http和https，融合以上两个图形客户端的功能，使得该图形客户端既能访问443的https内容，也可以访问非443端口（一般是80）的http内容。

/*
 * HTTPAllClientFX.java
 * Copyright (c) 2020-12-21
 * author : Charzous
 * All right reserved.
 */

package chapter08;

import javafx.application.Application;
import javafx.application.Platform;
import javafx.geometry.Insets;
import javafx.geometry.Pos;
import javafx.scene.Scene;
import javafx.scene.control.Button;
import javafx.scene.control.Label;
import javafx.scene.control.TextArea;
import javafx.scene.control.TextField;
import javafx.scene.layout.BorderPane;
import javafx.scene.layout.HBox;
import javafx.scene.layout.Priority;
import javafx.scene.layout.VBox;
import javafx.stage.Stage;

public class HTTPAllClientFX extends Application {

    private Button btnExit=new Button("退出");
    private Button btnSend = new Button("网页请求");

//    private TextField tfSend=new TextField();//输入信息区域

    private TextArea taDisplay=new TextArea();//显示区域
    private TextField ipAddress=new TextField();//填写ip地址
    private TextField tfport=new TextField();//填写端口
    private Button btConn=new Button("连接");
    private HTTPSClient httpsClient;
    private HTTPClient httpClient;
    private Thread readThread;

    public static void main(String[] args) {
        launch(args);
    }

    @Override
    public void start(Stage primaryStage) {
        BorderPane mainPane=new BorderPane();

        //连接服务器区域
        HBox hBox1=new HBox();
        hBox1.setSpacing(10);
        hBox1.setPadding(new Insets(10,20,10,20));
        hBox1.setAlignment(Pos.CENTER);
        hBox1.getChildren().addAll(new Label("网页地址："),ipAddress,new Label("端口："),tfport,btConn);
        mainPane.setTop(hBox1);

        VBox vBox=new VBox();
        vBox.setSpacing(10);

        vBox.setPadding(new Insets(10,20,10,20));
        vBox.getChildren().addAll(new Label("网页信息显示区"),taDisplay);

        VBox.setVgrow(taDisplay, Priority.ALWAYS);
        mainPane.setCenter(vBox);

        HBox hBox=new HBox();
        hBox.setSpacing(10);
        hBox.setPadding(new Insets(10,20,10,20));
        hBox.setAlignment(Pos.CENTER_RIGHT);
        hBox.getChildren().addAll(btnSend,btnExit);
        mainPane.setBottom(hBox);

        Scene scene =new Scene(mainPane,700,500);
        primaryStage.setScene(scene);
        primaryStage.show();

        //连接按钮
        btConn.setOnAction(event -> {
            String ip=ipAddress.getText().trim();
            String port=tfport.getText().trim();
            taDisplay.clear();

            try {
                if (port.equals("443")){
                    httpsClient = new HTTPSClient(ip, port);
                    //成功连接服务器，接受服务器发来的第一条欢迎信息
                    taDisplay.appendText("服务器连接成功。\n");

                    readThread = new Thread(()->{
                        String receiveMsg=null;//从服务器接收一串字符
                        if (port.equals("443")){
                            while ((receiveMsg=httpsClient.receive())!=null){
                                //lambda表达式不能直接访问外部非final类型局部变量，需要定义一个临时变量
                                //若将receiveMsg定义为类成员变量，则无需临时变量
                                String msgTemp = receiveMsg;
                                Platform.runLater(()->{
                                    taDisplay.appendText(msgTemp+"\n");
                                });
                            }
                        }
                    });
                    readThread.start();
                }

                else if (port.equals("80")){
                    httpClient = new HTTPClient(ip, port);
                    taDisplay.appendText("服务器连接成功。\n");
                    readThread = new Thread(()-> {
                        String receiveMsg = null;
                        while ((receiveMsg = httpClient.receive()) != null) {
                            String msgTemp = receiveMsg;
                            Platform.runLater(() -> {
                                taDisplay.appendText(msgTemp + "\n");
                            });
                        }
                    });
                    readThread.start();
                }

            }catch (Exception e){
                taDisplay.appendText("服务器连接失败！"+e.getMessage()+"\n");
            }
        });

        //网页请求按钮事件
        btnSend.setOnAction(event -> {
            String ip=ipAddress.getText().trim();
            String port=tfport.getText().trim();
            String domainName=ipAddress.getText().trim();
            try {
                StringBuffer msg = new StringBuffer();
                msg.append("GET / HTTP/1.1\r\n"+
                                "HOST: "+domainName+"\r\n"+
                                "Accept: */*\r\n"+
                                "Accept-Language: zh-CN\r\n"+
                                "User-Agent: Mozilla/5.0 (Windows NT 10.0; Win64; x64)\r\n"+
                                "Connection: Keep-Alive\r\n"
                        );
                if (port.equals("443"))
                    httpsClient.send(msg.toString());
                else if (port.equals("80"))
                    httpClient.send(msg.toString());

            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }

        });

        btnExit.setOnAction(event -> {
            try {
                exit();
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        });
        //窗体关闭响应的事件,点击右上角的×关闭,客户端也关闭
        primaryStage.setOnCloseRequest(event -> {
            try {
                exit();
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        });
    }

    private void exit() throws InterruptedException {
        if (httpsClient!=null||httpClient!=null){
            readThread.sleep(1000);//多线程等待，关闭窗口时还有线程等待IO，设置1s间隔保证所有线程已关闭
            httpsClient.close();
            httpClient.close();
        }
        System.exit(0);
    }

}

六、最后+演示

HTTP连接www.baidu.com，成功

HTTP连接www.sina.com.cn，失败

HTTPS连接www.sina.com.cn，成功

期末复习，顺便写博客记录下来，这篇为上篇，介绍HTTP网页请求下载，主要是HTTP(s)协议的网络编程，包括使用TCP Socket进行三次握手的HTTP网页下载，和使用SSL Socket的安全传输的HTTPs网页下载，通过案例实践自行完成编程，认识http(s)的实际工作机制！

期待：Java之HTTP网络编程（下篇：网页浏览器程序设计），将看到网页的HTML源代码，以及经过浏览器功能渲染之后的网页！

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