Qt HTTP内部构架

原文链接 Peter Hartmann - Inside the Qt HTTP stack

Qt HTTP组件是Qt中所有HTTP通信的基础，例如被用于Qt Webkit中。在Qt 5中，HTTP实现中有相当部分被重写，其中大部分的工作是woboq的Markus完成的。这篇文章将试图分析HTTP组件的内部结构，注意出于简化的目的，一些类被省略。

我们可以用如下的方法使用公开接口。

简单的例子

QUrl url("http://qt.gitorious.org");

QNetworkRequest request(url);

QNetworkAccessManager manager;

QNetworkReply *reply = manager.get(request);

QObject::connect(reply, SIGNAL(finished()), myClass, SLOT(replyFinished()));

1. 公开接口及其朋友

以上的例子展示了主要的接口：使用QUrl来创建被用来表示一个HTTP请求的QNetworkRequest。该请求被传递给QNetworkAccessManager，该类负责在网络上发送请求，并返回一个表示HTTP响应的QNetworkReply。根据URL所采用协议的不同，QNetworkAccessManager会创建QNetworkReply的不同内部子类；如果URL采用了“http://”或者“https://”协议，则会创建一个QNetworkReplyHttpImpl实例。该类是用来设置请求，并在发送请求前向其添加例如缓冲或者cookie等信息。

如果该请求被用作上传数据（例如使用HTTP POST或者PUT），该实现类会用到QNonContiguousByteDevice。这个非连续字节类能够用来在不执行memcpy操作的环境中读取文件、字节等。

这些接口可用如下的UML图表示：

2. 工作线程

在Qt 4.8中引入一个特性是多线程的HTTP后端：这个新的后端在一个单独的线程中收发数据，并进行HTTP消息解析（更多细节请参见这篇文章）。

QNetworkReplyHttpImpl会创建一个名为QHttpThreadDelegate的类，并将其放置在这个新的线程中（被称为HTTP线程）。这个QHttpThreadDelegate是一个Facade类，为所有在HTTP线程中的操作提供了一个接口。所有在QNetworkReplyHttpImpl和QHttpThreadDelegate之间的跨线程通信和数据传递都是通过信号和槽完成的。这意味着Delegate提供了一些槽，由HttpImpl发出的信号所触发，反之亦然。

每当QNetworkReplyHttpImpl被创建时，它都会创建一个相应的QHttpThreadDelegate，链接相应的信号和槽，并将该Delegate移动到HTTP线程中去。

该Delegate提供了用来组建HTTP请求和响应的类，名为QHttpNetworkRequest和QHttpNetworkReply。这个名字会让人困惑，因为我们已经拥有了公开接口QNetworkRequest和QNetworkReply；这两个公开接口提供了大量HTTP特有属性的访问接口，例如设置HTTP流水线、状态码和其他HTTP头。而这两个内部类QHttpNetworkRequest和QHttpNetworkRply则用以解析从socket数据流中接受到的HTTP消息，以填充HTTP头和实体。

下图展示了将这几个类添加到类图后的结构。

3. 更底层

HTTP请求和相应是在所谓的“频道”上进行收发的；简单的说，每个“频道”就是一个socket，并附加了一些用于维护HTTP状态和特性的逻辑。对于普通的HTTP请求，通常采用QTcpSocket作为该频道上的socket，而对于“https://”则采用QSslSocket。

一系列连接到同一服务器的频道组成一个连接。对于和同一个服务器的通信，这里总是只有一个连接，以及最多同时有六个频道。此外，当HTTP流水线被启用的时候，还可以同时发出更多的请求。当通过socket接收到一个相应时，该socket并不会被自动关闭，而是默认被用作后续请求，从而节省socket的初始化时间并重用一个已经具有更大TCP窗口值的socket。

现在，HTTP内部结构的UML图已经基本完整了：

4. 其他

到目前还有两个重要的类未被提及：

• QNetworkSession：该类主要用于移动设备之中，特别是在缺少互联网的持续连接的环境中。当缺乏对互联网的连接时，QNetworkSession及其相关类会尝试创建一个连接（例如，程序可以连接QNetworkSession的信号，让用户在3G和Wifi连接之间进行选择）。该类被QNetworkAccessManager初始化。
• QNetworkAccessAuthenticationManager：该全局类被用于存储能够被重用的认证信息。当服务器要求认证时，QNetworkAccessManager会发出一个信号（QNetworkAccessManager::authenticationRequired()），要求用户输入用户名和密码。而这个认证管理器类则会缓存此信息，并在后续的请求中自动将其发送给服务器。有趣的是，这个认证管理器也使用了QNetworkAccessCache，和QHttpNetworkConnection用来缓存连接一样。

因此，（本文中提及的）Qt HTTP内部构架的完整类图如下所示：

还有哪些未被提及

尽管上面这个类图已经显得够复杂了，但还有一些类和领域被省略了：

• Bearer类：用于更加细粒度的调节连接设置等，除了前面提到的QNetworkSession外还有几个类被用到。
• Cookies：显然，Qt HTTP默认支持cookie的解析和发送，请参见QNetworkCookie和QNetworkCookieJar。
• HTTP缓存：尽管Qt也支持HTTP缓存，但未被默认启用。
• 代理服务器：Qt支持在HTTP和SOCKS5代理服务器上进行网络传输。
• 上传数据：一些关于上传数据，以及处理HTTP multipart消息的类被省略了。