你好,我是 Chrono。
今天我要与你分享的话题是“海纳百川:HTTP 的实体数据”。
这一讲是“进阶篇”的第一讲,从今天开始,我会用连续的 8 讲的篇幅来详细解析 HTTP 协议里的各种头字段,包括定义、功能、使用方式、注意事项等等。学完了这些课程,你就可以完全掌握 HTTP 协议。
在前面的“基础篇”里我们了解了 HTTP 报文的结构,知道一个 HTTP 报文是由“header+body”组成的。但那时我们主要研究的是 header,没有涉及到 body。所以,“进阶篇”的第一讲就从 HTTP 的 body 谈起。
在 TCP/IP 协议栈里,传输数据基本上都是“header+body”的格式。但 TCP、UDP 因为是传输层的协议,它们不会关心 body 数据是什么,只要把数据发送到对方就算是完成了任务。
而 HTTP 协议则不同,它是应用层的协议,数据到达之后工作只能说是完成了一半,还必须要告诉上层应用这是什么数据才行,否则上层应用就会“不知所措”。
你可以设想一下,假如 HTTP 没有告知数据类型的功能,服务器把“一大坨”数据发给了浏览器,浏览器看到的是一个“黑盒子”,这时候该怎么办呢?
当然,它可以“猜”。因为很多数据都是有固定格式的,所以通过检查数据的前几个字节也许就能知道这是个 GIF 图片、或者是个 MP3 音乐文件,但这种方式无疑十分低效,而且有很大几率会检查不出来文件类型。
幸运的是,早在 HTTP 协议诞生之前就已经有了针对这种问题的解决方案,不过它是用在电子邮件系统里的,让电子邮件可以发送 ASCII 码以外的任意数据,方案的名字叫做“多用途互联网邮件扩展”(Multipurpose Internet Mail Extensions),简称为 MIME。
MIME 是一个很大的标准规范,但 HTTP 只“顺手牵羊”取了其中的一部分,用来标记 body 的数据类型,这就是我们平常总能听到的“MIME type”。
MIME 把数据分成了八大类,每个大类下再细分出多个子类,形式是“type/subtype”的字符串,巧得很,刚好也符合了 HTTP 明文的特点,所以能够很容易地纳入 HTTP 头字段里。
这里简单列举一下在 HTTP 里经常遇到的几个类别:
但仅有 MIME type 还不够,因为 HTTP 在传输时为了节约带宽,有时候还会压缩数据,为了不要让浏览器继续“猜”,还需要有一个“Encoding type”,告诉数据是用的什么编码格式,这样对方才能正确解压缩,还原出原始的数据。
比起 MIME type 来说,Encoding type 就少了很多,常用的只有下面三种:
有了 MIME type 和 Encoding type,无论是浏览器还是服务器就都可以轻松识别出 body 的类型,也就能够正确处理数据了。
HTTP 协议为此定义了两个 Accept 请求头字段和两个 Content 实体头字段,用于客户端和服务器进行“内容协商”。也就是说,客户端用 Accept 头告诉服务器希望接收什么样的数据,而服务器用 Content 头告诉客户端实际发送了什么样的数据。
Accept字段标记的是客户端可理解的 MIME type,可以用“,”做分隔符列出多个类型,让服务器有更多的选择余地,例如下面的这个头:
Accept: text/html,application/xml,image/webp,image/png
这就是告诉服务器:“我能够看懂 HTML、XML 的文本,还有 webp 和 png 的图片,请给我这四类格式的数据”。
相应的,服务器会在响应报文里用头字段Content-Type告诉实体数据的真实类型:
Content-Type: text/html
Content-Type: image/png
这样浏览器看到报文里的类型是“text/html”就知道是 HTML 文件,会调用排版引擎渲染出页面,看到“image/png”就知道是一个 PNG 文件,就会在页面上显示出图像。
Accept-Encoding字段标记的是客户端支持的压缩格式,例如上面说的 gzip、deflate 等,同样也可以用“,”列出多个,服务器可以选择其中一种来压缩数据,实际使用的压缩格式放在响应头字段Content-Encoding里。
Accept-Encoding: gzip, deflate, br
Content-Encoding: gzip
不过这两个字段是可以省略的,如果请求报文里没有 Accept-Encoding 字段,就表示客户端不支持压缩数据;如果响应报文里没有 Content-Encoding 字段,就表示响应数据没有被压缩。
MIME type 和 Encoding type 解决了计算机理解 body 数据的问题,但互联网遍布全球,不同国家不同地区的人使用了很多不同的语言,虽然都是 text/html,但如何让浏览器显示出每个人都可理解可阅读的语言文字呢?
这实际上就是“国际化”的问题。HTTP 采用了与数据类型相似的解决方案,又引入了两个概念:语言类型与字符集。
所谓的“语言类型”就是人类使用的自然语言,例如英语、汉语、日语等,而这些自然语言可能还有下属的地区性方言,所以在需要明确区分的时候也要使用“type-subtype”的形式,不过这里的格式与数据类型不同,分隔符不是“/”,而是“-”。
举几个例子:en 表示任意的英语,en-US 表示美式英语,en-GB 表示英式英语,而 zh-CN 就表示我们最常使用的汉语。
关于自然语言的计算机处理还有一个更麻烦的东西叫做“字符集”。
在计算机发展的早期,各个国家和地区的人们“各自为政”,发明了许多字符编码方式来处理文字,比如英语世界用的 ASCII、汉语世界用的 GBK、BIG5,日语世界用的 Shift_JIS 等。同样的一段文字,用一种编码显示正常,换另一种编码后可能就会变得一团糟。
所以后来就出现了 Unicode 和 UTF-8,把世界上所有的语言都容纳在一种编码方案里,UTF-8 也成为了互联网上的标准字符集。
同样的,HTTP 协议也使用 Accept 请求头字段和 Content 实体头字段,用于客户端和服务器就语言与编码进行“内容协商”。
Accept-Language字段标记了客户端可理解的自然语言,也允许用“,”做分隔符列出多个类型,例如:
Accept-Language: zh-CN, zh, en
这个请求头会告诉服务器:“最好给我 zh-CN 的汉语文字,如果没有就用其他的汉语方言,如果还没有就给英文”。
相应的,服务器应该在响应报文里用头字段Content-Language告诉客户端实体数据使用的实际语言类型:
Content-Language: zh-CN
字符集在 HTTP 里使用的请求头字段是Accept-Charset,但响应头里却没有对应的 Content-Charset,而是在Content-Type字段的数据类型后面用“charset=xxx”来表示,这点需要特别注意。
例如,浏览器请求 GBK 或 UTF-8 的字符集,然后服务器返回的是 UTF-8 编码,就是下面这样:
Accept-Charset: gbk, utf-8
Content-Type: text/html; charset=utf-8
不过现在的浏览器都支持多种字符集,通常不会发送 Accept-Charset,而服务器也不会发送 Content-Language,因为使用的语言完全可以由字符集推断出来,所以在请求头里一般只会有 Accept-Language 字段,响应头里只会有 Content-Type 字段。
在 HTTP 协议里用 Accept、Accept-Encoding、Accept-Language 等请求头字段进行内容协商的时候,还可以用一种特殊的“q”参数表示权重来设定优先级,这里的“q”是“quality factor”的意思。
权重的最大值是 1,最小值是 0.01,默认值是 1,如果值是 0 就表示拒绝。具体的形式是在数据类型或语言代码后面加一个“;”,然后是“q=value”。
这里要提醒的是“;”的用法,在大多数编程语言里“;”的断句语气要强于“,”,而在 HTTP 的内容协商里却恰好反了过来,“;”的意义是小于“,”的。
例如下面的 Accept 字段:
Accept: text/html,application/xml;q=0.9,*/*;q=0.8
它表示浏览器最希望使用的是 HTML 文件,权重是 1,其次是 XML 文件,权重是 0.9,最后是任意数据类型,权重是 0.8。服务器收到请求头后,就会计算权重,再根据自己的实际情况优先输出 HTML 或者 XML。
内容协商的过程是不透明的,每个 Web 服务器使用的算法都不一样。但有的时候,服务器会在响应头里多加一个Vary字段,记录服务器在内容协商时参考的请求头字段,给出一点信息,例如:
Vary: Accept-Encoding,User-Agent,Accept
这个 Vary 字段表示服务器依据了 Accept-Encoding、User-Agent 和 Accept 这三个头字段,然后决定了发回的响应报文。
Vary 字段可以认为是响应报文的一个特殊的“版本标记”。每当 Accept 等请求头变化时,Vary 也会随着响应报文一起变化。也就是说,同一个 URI 可能会有多个不同的“版本”,主要用在传输链路中间的代理服务器实现缓存服务,这个之后讲“HTTP 缓存”时还会再提到。
上面讲完了理论部分,接下来就是实际动手操作了。可以用我们的实验环境,在 www 目录下有一个 mime 目录,里面预先存放了几个文件,可以用 URI“/15-1?name=file”的形式访问,例如:
http://www.chrono.com/15-1?name=a.json
http://www.chrono.com/15-1?name=a.xml
在 Chrome 里打开开发者工具,就能够看到 Accept 和 Content 头:
你也可以把任意的文件拷贝到 mime 目录下,比如压缩包、MP3、图片、视频等,再用 Chrome 访问,观察更多的 MIME type。
有了这些经验后,你还可以离开实验环境,直接访问各大门户网站,看看真实网络世界里的 HTTP 报文是什么样子的。
今天我们学习了 HTTP 里的数据类型和语言类型,在这里为今天的内容做个小结。