Go For Web：踏入Web大门的第一步——Web 的工作方式

前言：

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文章目录：

1. Web 的工作方式
2. 用 Go 搭建一个最简单的 Web 服务
3. 了解 Golang 运行 web 的原理
4. Golang http 包详解（源码剖析）
5. 总结

正文：

Web 的工作方式

• 了解当你访问一个网页时，背后是如何运作的，发生了一些什么？

  其实当你输入网址（URL）并按下回车之后，你的浏览器相当于扮演了 客户端 的角色，首先你的浏览器会去请求 DNS 服务器进行域名解析，将你输入的 URL 地址 转化为对应的 ip 地址，通过 ip 地址 我们就可以找到对应的服务器位置，从而进行 TCP 连接。

  连接之后，你的浏览器会发送 HTTP 请求 （Request）包，服务区收到请求包之后开始从响应处理请求包，调用自身的服务，并返回 HTTP 响应 （Response）包。

  客户端收到了来自服务端的响应之后开始渲染这个响应包里的主体（body），等收到了全部的内容应答后，就会断开与服务器的 TCP 连接 （这里先讨论一般情况）
  如图👇
  

而一个 Web 服务器也被称作 HTTP 服务器， 它通过 http 协议与客户端通信。这个客户端通常是指 Web 浏览器

所以 Web 服务器的工作原理可以简单的总结为：

• 客户端通过 TCP/IP 协议建立与服务器的 TCP 连接
• 客户端向服务器发送 HTTP 协议请求包，请求服务器里的资源文档
• 服务器向客户机发送 HTTP 协议应答包， 如果请求的资源包含有其他动态语言的内容，服务器就会调用动态语言的解析引擎负责处理这些动态内容，并将处理得到的数据返回给客户端
• 客户端与服务端断开连接。客户端开始解释收到的 HTML 文档，在客户端屏幕上渲染图形结果

以上步骤实现了一个 最简单的 HTTP 事务，在上述情况中，客户端与服务端的通信非持久连接，发送接收应答后就断开（这里暂时不讨论 http 1.1 之后的持久连接、后文会有专门说明）

• URL 和 DNS 解析

  刚刚我们提到了 URL，它可以用来输入访问网页，那具体 URL 是个什么东西呢?

URL 是 Uniform Resource Locator“统一资源定位符” 的英文缩写
基本格式如下图👇

而 DNS 则是 Domain Name System “域名系统” 的英文缩写，它是一种组织成 域层次结构的计算机和网络服务命名系统，它用于 TCP/IP 网络，它从事 将主机名 或者 域名转换为实际 IP 地址的工作。可以把他理解成 URL 的“翻译官”

工作原理如下图👇

我们来详细地解释一下 关于 DNS 的工作原理：

1. 我们以 www.google.com 为例，在浏览器地址栏输入该域名，操作系统会首先检查自己的 hosts 文件中是否存在这个网址的映射关系，如果有，就可以直接调用这个 IP 地址的映射，完成域名解析
2. 其次如果 hosts 里没有这个域名的映射，则查找本地 DNS 解析器缓存，看里面有没有这个网址的映射关系，如果有也直接调用
3. 如果 hosts 和 本地 DNS 解析器缓存都没有，就会先去找 TCP/IP 参数中设置的首选 DNS 服务器，我们可以把他叫做 本地 DNS 服务器，此服务器收到查询需求时，如果要查询的域名，包含在本地配置区域的资源中，就将解析结果返回给客户端，完成域名解析，该解析具有权威性
4. 如果要查询的域名，本地 DNS 服务器配置区域资源没有，但是该服务器却缓存了此网址的映射关系，则也可以调用完成解析，但是该解析不具有权威性
5. 如果本地 DNS 服务器本地区域资源文件以及缓存都没有该映射，则根据本地 DNS 服务器的设置（是否设置转发器）进行查询，如果未用转发模式， 本地DNS 就把请求发送至 “根 DNS 服务器” ，“根 DNS 服务器”收到请求后会判断这个域名是谁来授权管理（本例子为.com），并会返回一个负责该顶级域名服务器的一个 IP。本地 DNS 服务器 收到 IP 信息后，将会联系 负责管理 .com 域的这台服务器。这台服务器收到请求后，如果自己无法解析，它就会找管理 .com 域的下一级 DNS 服务器地址（这里是 google.com）并把它的 IP 给本地 DNS 服务器。当本地 DNS 服务器收到这个地址后，就会找 google.com 域服务器，重复上面的操作，进行查询，直到找到（www.goole,com）为止
6. 如果是转发模式，则此 DNS 服务器就会把请求转发至上一级 DNS 服务器，由上一级服务器进行解析，上一级如果不能解析，就找根服务器，或者转发请求给上上级服务器，如此循环，直到找到（www.goole,com）为止

流程图如下👇

基于上面的步骤，浏览器最终通过 DNS 服务器获得的是 IP 地址，所以浏览器（客户端）发起请求的时候是通过 IP 地址 来和 服务器 进行信息通信的

• HTTP 协议详解

HTTP 协议当然是 Web 服务器工作的核心，所以我们接下来具体详细地了解清楚一下 HTTP 协议是怎么发挥作用的

• HTTP 协议 是一种能让 Web 服务器与浏览器（客户端）通过 Internet 进行发送和接受数据 动作 的一个协议，它建立在 TCP 协议之上，一般会采用 TCP 的 80 端口。它是一个标准的 “请求-响应协议” 即 客户端发出请求，服务端收到请求返回响应。

• 在 HTTP 协议中，客户端总是要通过建立一个连接与发送一个 HTTP 请求来发起一个事务。而服务器不能主动去与客户端联系，也不能给客户端发出一个回调连接，只能被动监听。

• 客户端与服务端都可以自行提前中断一个连接，例如，当浏览器下载一个文件时，你可以随时通过点击“暂停”按钮来中断文件的下载，关闭与服务器的 HTTP 连接。

• HTTP 协议是无状态的，同一个客户端的这一次请求与上次请求之间没有对应关系，对 HTTP 服务器来说，它并不知道这两个请求是否来自同一个客户端。当然对于需要解决这个问题的情况我们可以使用 "Cookie"机制来维护连接的可持续状态

• 正因为 HTTP 协议是建立在 TCP 协议之上的，所以 TCP 攻击一样会影响 HTTP 的通信，例如常见的针对 TCP 的攻击：SYN Flood （比较流行的一种 Dos 拒绝服务攻击 和 Ddos 分布式拒绝服务攻击）就是通过利用 TCP 协议的缺陷，发送了大量的伪造 TCP 连接请求从而使得被攻击的服务器资源耗尽（CPU 满负荷或者内存不足）

接下来我们分别看看 HTTP 协议的 请求包和响应包

HTTP 请求包 （浏览器/客户端 信息）

我们可以使用 F12 查看一些内容，例如 Request 包的结构：
Request 包分为三部分，第一部分叫 Request line （请求行），第二部分是 Request header （请求头），第三部分是 body（主体），header 和 body 之间会有个空行隔开
请求包的实例图👇

HTTP 协议定义了很多与服务器交互的请求方法，最基础的四种是：GET\POST\PUT\DELETE，一个 URL 地址用于描述一个网络上的请求资源，而 HTTP 中的这四个操作就分别对应对这个资源的查改增删4个操作

这四个操作中最熟悉和常用的是 GET 和 POST 。
GET 一般用于获取/查询资源信息
POST 一般用于更新资源信息
GET 与 POST 的区别：

1. GET 方法提交的数据会放在 URL 后面，使用 ? 分割 URL 和 传输的数据，参数之间以 & 相连
2. POST 方法则是把提交的数据放在 HTTP 包的 body 中
3. GET能提交的数据大小会因为浏览器对于 URL 的长度限制而有所限制
4. POST 方法提交的数据不会有限制
5. GET 方法提交数据会带来某些安全问题，例如：在用户的登录界面，如果使用 GET 方法提交数据，用户的账号和密码就会出现在 URL 上面，如果页面被缓存或者其他人可以访问机器，就可以额从历史记录中获得该用户的账号和密码！

关于 GET 与 POST 之间更详细的比较可参考我的另一篇 blog👇
GET 和 POST 到底有什么区别？

HTTP 响应包（服务器信息）

HTTP 的 response 包的结构如下图👇

和上面看到的请求包类似，response 响应包的第一行叫做 ”状态行“，由 HTTP 协议版本号、状态码、状态消息 三部分组成
状态码的作用是告诉 HTTP 客户端（浏览器），HTTP 服务器是否产生了预期的 Response。
在 HTTP 1.1 协议中定义了 5 类 状态码，每个状态码由三位数字组成，首位表示类别：

• 1xx 提示信息：表示请求被成功接受，继续处理
• 2xx 成功：表示请求已被成功接受
• 3xx 重定向：表示要完成这个请求必须进行更进一步的处理
• 4xx 客户端错误：客户端的语法错误或者请求无法实现
• 5xx 服务端错误：服务器未能实现合法的请求

常见的状态有：200 ：正常信息、302：跳转、404 not found 等等

Tips： 持续连接 与 非持续连接（协议无状态/keep-alive）

HTTP 协议就是典型的无状态的面向连接的协议，虽然是无状态但是它是面向连接的协议，所以千万不要说 HTTP 使用的是 UDP （面向无连接）的协议了！！！
无状态不代表不能保持TCP连接（只要不断开连接我就不管你什么状态不状态的）
从 HTTP 1.1 开始，默认都开启了 叫做 Keep-Alive 的保持连接的特性，也就是当一个网页打开完成之后，客户端和服务器之间用于传输 HTTP 数据的 TCP 连接不会关闭，如果客户端再次访问这个服务器上的网页，会继续使用这一条已经建立的 TCP 连接

当然 Keep-ALive 不会永久保持连接，它会有一个保持时间上限，你可以自行设置

如果你尝试去检查（F12）访问任意一个网址
通过分析整个 URL 请求的通信过程，你会发现：

在所有的请求中不止一个 URL 请求，还会有很多其他的如静态文件的资源请求
这其实是浏览器自带的功能之一，第一次请求 url ,服务器端返回的是 HTML 页面，然后浏览器会开始渲染这个页面，但是当解析到 HTML DOM里面的图片连接、css脚本和js脚本的连接的时候，浏览器就会自动地发起一个请求静态资源的 HTTP 请求，去获取相应的资源并渲染，最终将所有资源整合完整地展现出来

总结

• 在这一部分，我们初步认识了 Web 的工作方式，并对一些基础的计算机网络相关知识有了进一步了解，特别是对于 基于 TCP 协议的 HTTP 协议，以及该协议如何在整个 客户端-服务端 中运作。
• 当我们知道了 Web 就是一个基于 HTTP 协议的的一个服务的时候，我们就可以做好准备，去尝试在 Go 语言中体会如何搭建一个可以运行的 Web 服务了。

关于 Golang 基础部分 以及 计算机网络部分读者可以参阅我的往期 blog👇
Goalng：基础复习一遍过

漫谈计算机网络：网络层 ------ 重点：IP协议与互联网路由选择协议

以上

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