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Java SE 6 新特性: HTTP 增强

来源:未知   发表时间:2015-11-10 10:16

     

      2006 年底,Sun 公司发布了 Java Standard Edition 6(Java SE 6)的最终正式版,代号 Mustang(野马)。跟 Tiger(Java SE 5)相比,Mustang 在性能方面有了不错的提升。与 Tiger 在 API 库方面的大幅度加强相比,虽然 Mustang 在 API 库方面的新特性显得不太多,但是也提供了许多实用和方便的功能:在脚本,WebService,XML,编译器 API,数据库,JMX,网络和 Instrumentation 方面都有不错的新特性和功能加强。 本系列文章主要介绍 Java SE 6 在 API 库方面的部分新特性,通过一些例子和讲解,帮助开发者在编程实践当中更好的运用 Java SE 6,提高开发效率。

      本文是系列文章的第二篇,介绍了Java SE 6 在 HTTP 方面的新特性。

          概述

      Java 语言从诞生的那天起,就非常注重网络编程方面的应用。随着互联网应用的飞速发展,Java 的基础类库也不断地对网络相关的 API 进行加强和扩展。在 Java SE 6 当中,围绕着 HTTP 协议出现了很多实用的新特性:NTLM 认证提供了一种 Window 平台下较为安全的认证机制;JDK 当中提供了一个轻量级的 HTTP 服务器;提供了较为完善的 HTTP Cookie 管理功能;更为实用的 NetworkInterface;DNS 域名的国际化支持等等。

          NTLM 认证

      不可避免,网络中有很多资源是被安全域保护起来的。访问这些资源需要对用户的身份进行认证。下面是一个简单的例子:

     

    import java.net.*;import java.io.*;public class Test { public static void main(String[] args) throws Exception {  URL url = new URL(\"http://PROTECTED.com\");  URLConnection connection = url.openConnection();  InputStream in = connection.getInputStream();  byte[] data = new byte[1024];  while(in.read(data)>0)  {   //do something for data  }  in.close(); }}

     

      当 Java 程序试图从一个要求认证的网站读取信息的时候,也就是说,从联系于 http://Protected.com 这个 URLConnection 的 InputStream 中 read 数据时,会引发 FileNotFoundException。尽管笔者认为,这个 Exception 的类型与实际错误发生的原因实在是相去甚远;但这个错误确实是由网络认证失败所导致的。

      要解决这个问题,有两种方法:

      其一,是给 URLConnection 设定一个“Authentication”属性:

     

    String credit = USERNAME + \":\" + PASSWORD;String encoding = new sun.misc.BASE64Encoder().encode (credit.getBytes());connection.setRequestProperty (\"Authorization\", \"Basic \" + encoding);

     

      这里假设 http://PROTECTED.COM 使用了基本(Basic)认证类型。

      从上面的例子,我们可以看出,设定 Authentication 属性还是比较复杂的:用户必须了解认证方式的细节,才能将用户名/密码以一定的规范给出,然后用特定的编码方式加以编码。Java 类库有没有提供一个封装了认证细节,只需要给出用户名/密码的工具呢?

     

      这就是我们要介绍的另一种方法,使用 java.net.Authentication 类。

      每当遇到网站需要认证的时候,HttpURLConnection 都会向 Authentication 类询问用户名和密码。

      Authentication 类不会知道究竟用户应该使用哪个 username/password 那么用户如何向 Authentication 类提供自己的用户名和密码呢?

      提供一个继承于 Authentication 的类,实现 getPasswordAuthentication 方法,在 PasswordAuthentication 中给出用户名和密码:

    class DefaultAuthenticator extends Authenticator {
    public PasswordAuthentication getPasswordAuthentication () {
    return new PasswordAuthentication (\"USER\", \"PASSWORD\".toCharArray());
    }
    }

      然后,将它设为默认的(全局)Authentication:

    Authenticator.setDefault (new DefaultAuthenticator());

      那么,不同的网站需要不同的用户名/密码又怎么办呢?

      Authentication 提供了关于认证发起者的足够多的信息,让继承类根据这些信息进行判断,在 getPasswordAuthentication 方法中给出了不同的认证信息:

    getRequestingHost() getRequestingPort() getRequestingPrompt() getRequestingProtocol() getRequestingScheme() getRequestingURL() getRequestingSite() getRequestorType()

     

      另一件关于 Authentication 的重要问题是认证类型。不同的认证类型需要 Authentication 执行不同的协议。至 Java SE 6.0 为止,Authentication 支持的认证方式有:

    HTTP Basic authentication HTTP Digest authentication NTLM Http SPNEGO Negotiate Kerberos NTLM

     

      这里我们着重介绍 NTLM。

     

      NTLM 是 NT LAN Manager 的缩写。早期的 SMB 协议在网络上明文传输口令,这是很不安全的。微软随后提出了 WindowsNT 挑战/响应验证机制,即 NTLM。
      

    Java SE 6 新特性: HTTP 增强(2)

    NTLM 协议是这样的:

      1.客户端首先将用户的密码加密成为密码散列;

      2.客户端向服务器发送自己的用户名,这个用户名是用明文直接传输的;

      3.服务器产生一个 16 位的随机数字发送给客户端,作为一个 challenge(挑战) ;

      4.客户端用步骤1得到的密码散列来加密这个 challenge ,然后把这个返回给服务器;

      5.服务器把用户名、给客户端的 challenge 、客户端返回的 response 这三个东西,发送域控制器 ;

      6.域控制器用这个用户名在 SAM 密码管理库中找到这个用户的密码散列,然后使用这个密码散列来加密 challenge;

      7.域控制器比较两次加密的 challenge ,如果一样,那么认证成功;

      Java 6 以前的版本,是不支持 NTLM 认证的。用户若想使用 HttpConnection 连接到一个使用有 Windows 域保护的网站时,是无法通过 NTLM 认证的。另一种方法,是用户自己用 Socket 这样的底层单元实现整个协议过程,这无疑是十分复杂的。

      终于,Java 6 的 Authentication 类提供了对 NTLM 的支持。使用十分方便,就像其他的认证协议一样:

     

    class DefaultAuthenticator extends Authenticator { private static String username = \"username \"; private static String domain =  \"domain \"; private static String password =  \"password \";    public PasswordAuthentication getPasswordAuthentication() {  String usernamewithdomain = domain + \"/ \"+username;  return (new PasswordAuthentication(usernamewithdomain, password.toCharArray())); }}

     

      这里,根据 Windows 域账户的命名规范,账户名为域名+”/”+域用户名。如果不想每生成 PasswordAuthentication 时,每次添加域名,可以设定一个系统变量名“http.auth.ntlm.domain“。

      Java 6 中 Authentication 的另一个特性是认证协商。目前的服务器一般同时提供几种认证协议,根据客户端的不同能力,协商出一种认证方式。比如,IIS 服务器会同时提供 NTLM with kerberos 和 NTLM 两种认证方式,当客户端不支持 NTLM with kerberos 时,执行 NTLM 认证。

      目前,Authentication 的默认协商次序是:

    GSS/SPNEGO -> Digest -> NTLM -> Basic

      那么 kerberos 的位置究竟在哪里呢?

      事实上,GSS/SPNEGO 以 JAAS 为基石,而后者实际上就是使用 kerberos 的。

        轻量级 HTTP 服务器

     

      Java 6 还提供了一个轻量级的纯 Java Http 服务器的实现。下面是一个简单的例子:

     

    public static void main(String[] args) throws Exception{ HttpServerProvider httpServerProvider = HttpServerProvider.provider(); InetSocketAddress addr = new InetSocketAddress(7778); HttpServer httpServer = httpServerProvider.createHttpServer(addr, 1); httpServer.createContext(\"/myapp/\", new MyHttpHandler()); httpServer.setExecutor(null); httpServer.start(); System.out.println(\"started\");}static class MyHttpHandler implements HttpHandler{ public void handle(HttpExchange httpExchange) throws IOException {            String response = \"Hello world!\";  httpExchange.sendResponseHeaders(200, response.length());  OutputStream out = httpExchange.getResponseBody();  out.write(response.getBytes());  out.close(); }  }

     

      然后,在浏览器中访问 http://localhost:7778/myapp/,我们得到:

          图一 浏览器显示

      首先,HttpServer 是从 HttpProvider 处得到的,这里我们使用了 JDK 6 提供的实现。用户也可以自行实现一个 HttpProvider 和相应的 HttpServer 实现。

      其次,HttpServer 是有上下文(context)的概念的。比如,http://localhost:7778/myapp/ 中“/myapp/”就是相对于 HttpServer Root 的上下文。对于每个上下文,都有一个 HttpHandler 来接收 http 请求并给出回答。

      最后,在 HttpHandler 给出具体回答之前,一般先要返回一个 Http head。这里使用 HttpExchange.sendResponseHeaders(int code, int length)。其中 code 是 Http 响应的返回值,比如那个著名的 404。length 指的是 response 的长度,以字节为单位。

        Cookie 管理特性

     

      Cookie 是 Web 应用当中非常常用的一种技术, 用于储存某些特定的用户信息。虽然,我们不能把一些特别敏感的信息存放在 Cookie 里面,但是,Cookie 依然可以帮助我们储存一些琐碎的信息,帮助 Web 用户在访问网页时获得更好的体验,例如个人的搜索参数,颜色偏好以及上次的访问时间等等。网络程序开发者可以利用 Cookie 来创建有状态的网络会话(Stateful Session)。 Cookie 的应用越来越普遍。在 Windows 里面,我们可以在“Documents And Settings”文件夹里面找到IE使用的 Cookie,假设用户名为 admin,那么在 admin 文件夹的 Cookies 文件夹里面,我们可以看到名为“admin@(domain)”的一些文件,其中的 domain 就是表示创建这些 Cookie 文件的网络域, 文件里面就储存着用户的一些信息。

    Java SE 6 新特性: HTTP 增强(3)

      JavaScript 等脚本语言对 Cookie 有着很不错的支持。 .NET 里面也有相关的类来支持开发者对 Cookie 的管理。 不过,在 Java SE 6 之前, Java一直都没有提供 Cookie 管理的功能。在 Java SE 5 里面, java.net 包里面有一个 CookieHandler 抽象类,不过并没有提供其他具体的实现。到了 Java SE 6, Cookie 相关的管理类在 Java 类库里面才得到了实现。有了这些 Cookie 相关支持的类,Java 开发者可以在服务器端编程中很好的操作 Cookie, 更好的支持 HTTP 相关应用,创建有状态的 HTTP 会话。

      ·用 HttpCookie 代表 Cookie

      java.net.HttpCookie 类是 Java SE 6 新增的一个表示 HTTP Cookie 的新类, 其对象可以表示 Cookie 的内容, 可以支持所有三种 Cookie 规范:

      Netscape 草案

      RFC 2109 - http://www.ietf.org/rfc/rfc2109.txt

      RFC 2965 - http://www.ietf.org/rfc/rfc2965.txt

      这个类储存了 Cookie 的名称,路径,值,协议版本号,是否过期,网络域,最大生命期等等信息。

      ·用 CookiePolicy 规定 Cookie 接受策略

      java.net.CookiePolicy 接口可以规定 Cookie 的接受策略。 其中唯一的方法用来判断某一特定的 Cookie 是否能被某一特定的地址所接受。 这个类内置了 3 个实现的子类。一个类接受所有的 Cookie,另一个则拒绝所有,还有一个类则接受所有来自原地址的 Cookie。

      ·用CookieStore 储存 Cookie

      java.net.CookieStore 接口负责储存和取出 Cookie。 当有 HTTP 请求的时候,它便储存那些被接受的 Cookie; 当有 HTTP 回应的时候,它便取出相应的 Cookie。 另外,当一个 Cookie 过期的时候,它还负责自动删去这个 Cookie。

      用 CookieManger/CookieHandler 管理 Cookie

      java.net.CookieManager 是整个 Cookie 管理机制的核心,它是 CookieHandler 的默认实现子类。下图显示了整个 HTTP Cookie 管理机制的结构:

        图 2. Cookie 管理类的关系

      一个 CookieManager 里面有一个 CookieStore 和一个 CookiePolicy,分别负责储存 Cookie 和规定策略。用户可以指定两者,也可以使用系统默认的 CookieManger。

      例子

      下面这个简单的例子说明了 Cookie 相关的管理功能:

     

    // 创建一个默认的 CookieManagerCookieManager manager = new CookieManager();// 将规则改掉,接受所有的 Cookiemanager.setCookiePolicy(CookiePolicy.ACCEPT_ALL);// 保存这个定制的 CookieManagerCookieHandler.setDefault(manager);        // 接受 HTTP 请求的时候,得到和保存新的 CookieHttpCookie cookie = new HttpCookie(\"...(name)...\",\"...(value)...\");manager.getCookieStore().add(uri, cookie);        // 使用 Cookie 的时候:// 取出 CookieStore        CookieStore store = manager.getCookieStore();// 得到所有的 URI        List<URI> uris = store.getURIs();for (URI uri : uris) { // 筛选需要的 URI // 得到属于这个 URI 的所有 Cookie List<HttpCookie> cookies = store.get(uri); for (HttpCookie cookie : cookies) {  // 取出了 Cookie }}        // 或者,取出这个 CookieStore 里面的全部 Cookie// 过期的 Cookie 将会被自动删除List<HttpCookie> cookies = store.getCookies();for (HttpCookie cookie : cookies) { // 取出了 Cookie}

     

         其他新特性

          NetworkInterface 的增强

      从 Java SE 1.4 开始,JDK 当中出现了一个网络工具类 java.net.NetworkInterface,提供了一些网络的实用功能。 在 Java SE 6 当中,这个工具类得到了很大的加强,新增了很多实用的方法。例如:

    public boolean isUp()

    用来判断网络接口是否启动并运行

    public boolean isLoopback()

    用来判断网络接口是否是环回接口(loopback)

    public boolean isPointToPoint()

    用来判断网络接口是否是点对点(P2P)网络

    public boolean supportsMulticast()

    用来判断网络接口是否支持多播

    public byte[] getHardwareAddress()

    用来得到硬件地址(MAC)

    public int getMTU()

    用来得到最大传输单位(MTU,Maximum Transmission Unit)

    public boolean isVirtual()

    用来判断网络接口是否是虚拟接口

     

      关于此工具类的具体信息,请参考 Java SE 6 相应文档。

          域名的国际化

      在最近的一些 RFC 文档当中,规定 DNS 服务器可以解析除开 ASCII 以外的编码字符。有一个算法可以在这种情况下做 Unicode 与 ASCII 码之间的转换,实现域名的国际化。java.net.IDN 就是实现这个国际化域名转换的新类,IDN 是“国际化域名”的缩写(internationalized domain names)。这个类很简单,主要包括 4 个静态函数,做字符的转换。

    Java SE 6 新特性: HTTP 增强(4)

    结语

      Java SE 6 有着很多 HTTP 相关的新特性,使得 Java SE 平台本身对网络编程,尤其是基于 HTTP 协议的因特网编程,有了更加强大的支持。

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