Java SE 6 新特性: HTTP 增強

概述

Java 語言從誕生的那天起，就非常注重網絡程式設計方面的應用。随着網際網路應用的飛速發展，Java 的基礎類庫也不斷地對網絡相關的 API 進行加強和擴充。在 Java SE 6 當中，圍繞着 HTTP 協定出現了很多實用的新特性：NTLM 認證提供了一種 Window 平台下較為安全的認證機制；JDK 當中提供了一個輕量級的 HTTP 伺服器；提供了較為完善的 HTTP Cookie 管理功能；更為實用的 NetworkInterface；DNS 域名的國際化支援等等。

NTLM 認證

不可避免，網絡中有很多資源是被安全域保護起來的。通路這些資源需要對使用者的身份進行認證。下面是一個簡單的例子：

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(); 
	 } 
 }

當 Java 程式試圖從一個要求認證的網站讀取資訊的時候，也就是說，從聯系于 http://Protected.com 這個 URLConnection 的 InputStream 中 read 資料時，會引發 FileNotFoundException。盡管筆者認為，這個 Exception 的類型與實際錯誤發生的原因實在是相去甚遠；但這個錯誤确實是由網絡認證失敗所導緻的。

要解決這個問題，有兩種方法：

其一，是給 URLConnection 設定一個“Authentication”屬性：

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

這裡假設 http://PROTECTED.COM 使用了基本（Basic）認證類型。

從上面的例子，我們可以看出，設定 Authentication 屬性還是比較複雜的：使用者必須了解認證方式的細節，才能将使用者名 / 密碼以一定的規範給出，然後用特定的編碼方式加以編碼。Java 類庫有沒有提供一個封裝了認證細節，隻需要給出使用者名 / 密碼的工具呢？

這就是我們要介紹的另一種方法，使用 java.net.Authentication 類。

每當遇到網站需要認證的時候，HttpURLConnection 都會向 Authentication 類詢問使用者名和密碼。

Authentication 類不會知道究竟使用者應該使用哪個 username/password 那麼使用者如何向 Authentication 類提供自己的使用者名和密碼呢 ?

提供一個繼承于 Authentication 的類，實作 getPasswordAuthentication 方法，在 PasswordAuthentication 中給出使用者名和密碼：

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

然後，将它設為預設的（全局）Authentication:

Authenticator.setDefault (new DefaultAuthenticator());

那麼，不同的網站需要不同的使用者名 / 密碼又怎麼辦呢 ?

Authentication 提供了關于認證發起者的足夠多的資訊，讓繼承類根據這些資訊進行判斷，在 getPasswordAuthentication 方法中給出了不同的認證資訊：

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

另一件關于 Authentication 的重要問題是認證類型。不同的認證類型需要 Authentication 執行不同的協定。至 Java SE 6.0 為止，Authentication 支援的認證方式有：

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

這裡我們着重介紹 NTLM。

NTLM 是 NT LAN Manager 的縮寫。早期的 SMB 協定在網絡上明文傳輸密碼，這是很不安全的。微軟随後提出了 WindowsNT 挑戰 / 響應驗證機制，即 NTLM。

NTLM 協定是這樣的：

用戶端首先将使用者的密碼加密成為密碼散列；
用戶端向伺服器發送自己的使用者名，這個使用者名是用明文直接傳輸的；
伺服器産生一個 16 位的随機數字發送給用戶端，作為一個 challenge（挑戰）；
用戶端用步驟 1 得到的密碼散列來加密這個 challenge ，然後把這個傳回給伺服器；
伺服器把使用者名、給用戶端的 challenge 、用戶端傳回的 response 這三個東西，發送域控制器；
域控制器用這個使用者名在 SAM 密碼管理庫中找到這個使用者的密碼散列，然後使用這個密碼散列來加密 challenge；
域控制器比較兩次加密的 challenge ，如果一樣，那麼認證成功；

Java 6 以前的版本，是不支援 NTLM 認證的。使用者若想使用 HttpConnection 連接配接到一個使用有 Windows 域保護的網站時，是無法通過 NTLM 認證的。另一種方法，是使用者自己用 Socket 這樣的底層單元實作整個協定過程，這無疑是十分複雜的。

終于，Java 6 的 Authentication 類提供了對 NTLM 的支援。使用十分友善，就像其他的認證協定一樣：

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()));
    } 
}

這裡，根據 Windows 域賬戶的命名規範，賬戶名為域名 +”/”+ 域使用者名。如果不想每生成 PasswordAuthentication 時，每次添加域名，可以設定一個系統變量名“http.auth.ntlm.domain“。

Java 6 中 Authentication 的另一個特性是認證協商。目前的伺服器一般同時提供幾種認證協定，根據用戶端的不同能力，協商出一種認證方式。比如，IIS 伺服器會同時提供 NTLM with kerberos 和 NTLM 兩種認證方式，當用戶端不支援 NTLM with kerberos 時，執行 NTLM 認證。

目前，Authentication 的預設協商次序是：

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

那麼 kerberos 的位置究竟在哪裡呢 ?

事實上，GSS/SPNEGO 以 JAAS 為基石，而後者實際上就是使用 kerberos 的。

輕量級 HTTP 伺服器

Java 6 還提供了一個輕量級的純 Java Http 伺服器的實作。下面是一個簡單的例子：

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(); 
	 }  
 }

然後，在浏覽器中通路 http://localhost:7778/myapp/，我們得到：

圖一浏覽器顯示

Java SE 6 新特性: HTTP 增強

首先，HttpServer 是從 HttpProvider 處得到的，這裡我們使用了 JDK 6 提供的實作。使用者也可以自行實作一個 HttpProvider 和相應的 HttpServer 實作。

其次，HttpServer 是有上下文（context）的概念的。比如，http://localhost:7778/myapp/ 中“/myapp/”就是相對于 HttpServer Root 的上下文。對于每個上下文，都有一個 HttpHandler 來接收 http 請求并給出回答。

最後，在 HttpHandler 給出具體回答之前，一般先要傳回一個 Http head。這裡使用

HttpExchange.sendResponseHeaders(int code, int length)

。其中 code 是 Http 響應的傳回值，比如那個著名的 404。length 指的是 response 的長度，以位元組為機關。

Cookie 管理特性

Cookie 是 Web 應用當中非常常用的一種技術，用于儲存某些特定的使用者資訊。雖然，我們不能把一些特别敏感的資訊存放在 Cookie 裡面，但是，Cookie 依然可以幫助我們儲存一些瑣碎的資訊，幫助 Web 使用者在通路網頁時獲得更好的體驗，例如個人的搜尋參數，顔色偏好以及上次的通路時間等等。網絡程式開發者可以利用 Cookie 來建立有狀态的網絡會話（Stateful Session）。 Cookie 的應用越來越普遍。在 Windows 裡面，我們可以在“Documents And Settings”檔案夾裡面找到 IE 使用的 Cookie，假設使用者名為 admin，那麼在 admin 檔案夾的 Cookies 檔案夾裡面，我們可以看到名為“admin@(domain)”的一些檔案，其中的 domain 就是表示建立這些 Cookie 檔案的網絡域，檔案裡面就儲存着使用者的一些資訊。

JavaScript 等腳本語言對 Cookie 有着很不錯的支援。 .NET 裡面也有相關的類來支援開發者對 Cookie 的管理。不過，在 Java SE 6 之前， Java 一直都沒有提供 Cookie 管理的功能。在 Java SE 5 裡面， java.net 包裡面有一個 CookieHandler 抽象類，不過并沒有提供其他具體的實作。到了 Java SE 6， Cookie 相關的管理類在 Java 類庫裡面才得到了實作。有了這些 Cookie 相關支援的類，Java 開發者可以在伺服器端程式設計中很好的操作 Cookie，更好的支援 HTTP 相關應用，建立有狀态的 HTTP 會話。

用 HttpCookie 代表 Cookie

java.net.HttpCookie 類是 Java SE 6 新增的一個表示 HTTP Cookie 的新類，其對象可以表示 Cookie 的内容，可以支援所有三種 Cookie 規範：
- Netscape 草案
- RFC 2109 - http://www.ietf.org/rfc/rfc2109.txt
- RFC 2965 - http://www.ietf.org/rfc/rfc2965.txt
這個類儲存了 Cookie 的名稱，路徑，值，協定版本号，是否過期，網絡域，最大生命期等等資訊。
用 CookiePolicy 規定 Cookie 接受政策

java.net.CookiePolicy 接口可以規定 Cookie 的接受政策。其中唯一的方法用來判斷某一特定的 Cookie 是否能被某一特定的位址所接受。這個類内置了 3 個實作的子類。一個類接受所有的 Cookie，另一個則拒絕所有，還有一個類則接受所有來自原位址的 Cookie。
用 CookieStore 儲存 Cookie

java.net.CookieStore 接口負責儲存和取出 Cookie。當有 HTTP 請求的時候，它便儲存那些被接受的 Cookie；當有 HTTP 回應的時候，它便取出相應的 Cookie。另外，當一個 Cookie 過期的時候，它還負責自動删去這個 Cookie。
用 CookieManger/CookieHandler 管理 Cookie

java.net.CookieManager 是整個 Cookie 管理機制的核心，它是 CookieHandler 的預設實作子類。下圖顯示了整個 HTTP Cookie 管理機制的結構：

圖 2. Cookie 管理類的關系

Java SE 6 新特性: HTTP 增強
一個 CookieManager 裡面有一個 CookieStore 和一個 CookiePolicy，分别負責儲存 Cookie 和規定政策。使用者可以指定兩者，也可以使用系統預設的 CookieManger。

例子

下面這個簡單的例子說明了 Cookie 相關的管理功能：

// 建立一個預設的 CookieManager 
 CookieManager manager = new CookieManager(); 

 // 将規則改掉，接受所有的 Cookie 
 manager.setCookiePolicy(CookiePolicy.ACCEPT_ALL); 

 // 儲存這個定制的 CookieManager 
 CookieHandler.setDefault(manager); 
        
 // 接受 HTTP 請求的時候，得到和儲存新的 Cookie 
 HttpCookie cookie = new HttpCookie("...(name)...","...(value)..."); 
 manager.getCookieStore().add(uri, cookie); 
        
 // 使用 Cookie 的時候：
 // 取出 CookieStore        
 CookieStore store = manager.getCookieStore(); 

 // 得到所有的 URI        
 List<URI> uris = store.getURIs(); 
 for (URI uri : uris) { 
	 // 篩選需要的 URI 
	 // 得到屬于這個 URI 的所有 Cookie 
	 List<HttpCookie> cookies = store.get(uri); 
	 for (HttpCookie cookie : cookies) { 
		 // 取出了 Cookie 
	 } 
 } 
        
 // 或者，取出這個 CookieStore 裡面的全部 Cookie 
 // 過期的 Cookie 将會被自動删除
 List<HttpCookie> cookies = store.getCookies(); 
 for (HttpCookie cookie : cookies) { 
	 // 取出了 Cookie 
 }

其他新特性

NetworkInterface 的增強

從 Java SE 1.4 開始，JDK 當中出現了一個網絡工具類 java.net.NetworkInterface，提供了一些網絡的實用功能。在 Java SE 6 當中，這個工具類得到了很大的加強，新增了很多實用的方法。例如：

public boolean isUp() 用來判斷網絡接口是否啟動并運作
public boolean isLoopback() 用來判斷網絡接口是否是環回接口（loopback）
public boolean isPointToPoint() 用來判斷網絡接口是否是點對點（P2P）網絡
public boolean supportsMulticast() 用來判斷網絡接口是否支援多點傳播
public byte[] getHardwareAddress() 用來得到硬體位址（MAC）
public int getMTU() 用來得到最大傳輸機關（MTU，Maximum Transmission Unit）
public boolean isVirtual() 用來判斷網絡接口是否是虛拟接口

關于此工具類的具體資訊，請參考 Java SE 6 相應文檔（見參考資源）。

域名的國際化

在最近的一些 RFC 文檔當中，規定 DNS 伺服器可以解析除開 ASCII 以外的編碼字元。有一個算法可以在這種情況下做 Unicode 與 ASCII 碼之間的轉換，實作域名的國際化。java.net.IDN 就是實作這個國際化域名轉換的新類，IDN 是“國際化域名”的縮寫（internationalized domain names）。這個類很簡單，主要包括 4 個靜态函數，做字元的轉換。

結語

Java SE 6 有着很多 HTTP 相關的新特性，使得 Java SE 平台本身對網絡程式設計，尤其是基于 HTTP 協定的網際網路程式設計，有了更加強大的支援。

Java SE 6 新特性: HTTP 增強

概述

NTLM 認證

輕量級 HTTP 伺服器

圖一浏覽器顯示

Cookie 管理特性

圖 2. Cookie 管理類的關系

其他新特性

NetworkInterface 的增強

域名的國際化

結語

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