1．1 HTTP基本原理 -Python3网络爬虫开发实战(上)

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1.1 HTTP基本原理

在深入探讨Python3网络爬虫开发之前，理解HTTP（HyperText Transfer Protocol，超文本传输协议）的基本原理是至关重要的。HTTP是互联网上应用最为广泛的一种网络协议，它定义了客户端（如Web浏览器）与服务器之间交换数据的过程。本节将详细阐述HTTP的基本概念、工作原理、请求与响应机制、HTTP版本演进、以及HTTP请求方法、状态码等重要内容，为后续的爬虫开发打下坚实的基础。

1.1.1 HTTP概述

HTTP是一种无状态的、应用层的协议，它基于TCP/IP协议栈之上，为万维网（World Wide Web）上的数据传输提供了一套标准。HTTP的主要特点包括：

无状态：HTTP协议本身不对请求和响应之间的通信状态进行保存。每次请求都是独立的，服务器不会记住之前客户端请求的任何信息或状态，除非通过Cookie、Session等机制实现状态管理。
媒体独立：HTTP传输的内容可以是HTML文档、图片、视频、JSON数据等多种类型，通过请求和响应头中的Content-Type字段指明媒体类型。
灵活的缓存：HTTP支持缓存机制，以减少网络带宽的消耗，加快访问速度。

1.1.2 HTTP工作原理

HTTP的工作流程通常遵循请求-响应模型。客户端（如浏览器）发起一个HTTP请求到服务器，服务器处理该请求后，向客户端发送一个HTTP响应。这个过程大致可以分为以下几个步骤：

建立连接：客户端与服务器之间通过TCP/IP协议建立连接。HTTP协议是建立在TCP之上的，因此HTTP请求之前需要先建立TCP连接。
发送请求：客户端通过TCP连接向服务器发送HTTP请求。HTTP请求由请求行（Request Line）、请求头（Headers）、空行（Blank Line）和请求体（Body）四部分组成。请求行包含请求方法（如GET、POST）、请求的URL以及HTTP协议版本；请求头包含了一系列用于描述请求的元信息；请求体则包含了请求的具体内容（对于GET请求，通常没有请求体）。
处理请求：服务器接收到客户端的请求后，根据请求中的URL找到相应的资源（如HTML文件、图片等），并处理请求头中的指令（如是否支持压缩、是否需要特定类型的响应等）。
发送响应：服务器处理完请求后，向客户端发送HTTP响应。HTTP响应同样由状态行（Status Line）、响应头（Headers）、空行和响应体四部分组成。状态行包含HTTP协议版本、状态码以及状态描述；响应头包含了响应的元信息；响应体则是实际返回给客户端的数据。
关闭连接：HTTP/1.0协议默认每次请求/响应完成后都会关闭TCP连接，但HTTP/1.1引入了持久连接（Persistent Connections）机制，允许多个请求/响应复用同一个TCP连接，以减少建立连接的开销。

1.1.3 HTTP请求方法

HTTP定义了多种请求方法（也称作“动作”），以指示服务器对资源执行的操作。常见的HTTP请求方法包括：

GET：请求指定的页面信息，并返回实体主体。
POST：向指定资源提交数据进行处理请求（例如提交表单或者上传文件）。数据被包含在请求体中。POST请求可能会导致新的资源的建立或已有资源的修改。
PUT：从客户端向服务器传送的数据取代指定的文档的内容。
DELETE：请求服务器删除指定的页面。
HEAD：类似于GET请求，只不过返回的响应中没有具体的内容，用于获取报头。
OPTIONS：允许客户端查看服务器的性能。
TRACE：回显服务器收到的请求，主要用于测试或诊断。
CONNECT：HTTP/1.1协议中预留给能够将连接改为管道方式的代理服务器。
PATCH：是对PUT方法的补充，用来对已知资源进行局部更新。

1.1.4 HTTP状态码

HTTP状态码是服务器用来告诉客户端请求的结果的。它是一个三位数字代码，被分为五类：

1xx（信息性状态码）：表示接收的请求正在处理。
2xx（成功状态码）：表示请求已成功被服务器接收、理解、并接受。
3xx（重定向状态码）：表示需要客户端采取进一步的操作才能完成请求。
4xx（客户端错误状态码）：表示请求包含语法错误或无法完成请求。
5xx（服务器错误状态码）：表示服务器在处理请求的过程中发生了错误。

常见的状态码如200 OK（请求成功）、404 Not Found（请求的资源不存在）、500 Internal Server Error（服务器内部错误）等。

1.1.5 HTTP版本演进

HTTP协议自1991年发布以来，经历了多个版本的迭代，其中较为重要的是HTTP/1.0、HTTP/1.1和HTTP/2。每个新版本都在性能、安全性、效率等方面进行了改进：

HTTP/1.0：最初的版本，定义了基本的请求/响应模型，但每个TCP连接只能发送一个请求，之后就会关闭连接，这导致了大量的连接开销。
HTTP/1.1：引入了持久连接（也称为HTTP Keep-Alive或HTTP Connection Reuse），允许一个TCP连接上发送多个请求和响应，显著提高了网络传输的效率。同时，增加了更多的缓存控制选项，以及对管道化（pipelining）的支持（尽管实际部署中并不常见）。
HTTP/2：进一步提升了性能，引入了头部压缩（HPACK）、服务器推送（Server Push）、请求优先级（Request Prioritization）和二进制分帧（Binary Framing）等机制，极大地减少了延迟，提高了并发性能。

1.1.6 小结

理解HTTP的基本原理是编写网络爬虫的基础。HTTP作为互联网的核心协议之一，其请求-响应模型、请求方法、状态码以及版本演进等知识点，对于掌握网络爬虫如何与Web服务器进行交互至关重要。在后续的章节中，我们将基于这些基础知识，深入探讨如何使用Python3及其强大的第三方库（如requests、BeautifulSoup、Scrapy等）来构建高效、稳定的网络爬虫系统。