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软件工程师经常讨论应用程序的前端和后端。但这到底是什么意思呢？
前端 是在客户端执行的代码。这类代码（通常是 HTML、CSS 和 JavaScript）在用户的浏览器中运行，并构建用户界面。
后端 是在服务器上运行的代码，它接收来自客户端的请求，并包含将适当数据发送回客户端的逻辑。后端还包括数据库，用于持久化存储应用程序的所有数据。本文重点介绍使这一切成为可能的服务器端硬件和软件。
如果你想回顾一下 HTTP 和 REST 的基础知识，请先复习这些内容。它们是客户端与服务器之间请求-响应周期的主要约定和结构基础。
我们先从回顾客户端-服务器关系开始，然后再把这些概念整合起来！
什么是客户端？
客户端是指向后端发送请求的任何设备或程序。最常见的客户端是浏览器，它们会请求 HTML 和 JavaScript 代码，并执行这些代码以向最终用户展示网站。然而，客户端的形式多种多样：可能是移动应用程序、运行在另一台服务器上的程序，甚至是可以联网的智能家电。
什么是后端？
后端是指处理传入请求、生成并发送响应给客户端所需的所有技术。通常包括三个主要部分：
- 服务器（Server）：接收请求的计算机。
- 应用程序（App）：在服务器上运行的应用程序，负责监听请求、从数据库检索信息，并发送响应。
- 数据库（Database）：用于组织和持久化存储数据。
什么是服务器？
服务器本质上就是一台监听传入请求的计算机。虽然有专门为此目的设计和优化的机器，但任何连接到网络的计算机都可以充当服务器。事实上，在开发应用程序时，你经常会用自己的电脑作为服务器。
应用程序的核心功能是什么？
服务器上运行的应用程序包含根据 HTTP 方法（动词）和统一资源标识符（URI）来决定如何响应各种请求的逻辑。HTTP 方法与 URI 的组合称为路由（route），而根据请求匹配路由的过程称为路由分发（routing）。
其中一些处理函数被称为中间件（middleware）。在这里，中间件指的是在服务器接收到请求到发送响应之间执行的任何代码。这些中间件函数可能会修改请求对象、查询数据库，或以其他方式处理传入的请求。通常，中间件函数会在执行完毕后将控制权传递给下一个中间件，而不是直接发送响应。
最终，某个中间件函数会结束请求-响应周期，并向客户端发送一个 HTTP 响应。
程序员通常会使用像 Express（Node.js 框架）或 Ruby on Rails 这样的框架来简化路由逻辑。现在你只需理解：每个路由可以有一个或多个处理函数，当匹配到该路由（即特定的 HTTP 方法和 URI）时，这些函数就会被执行。
服务器可以发送哪些类型的响应？
服务器返回的数据可以采用多种形式。例如，服务器可能会提供一个 HTML 文件、以 JSON 格式发送数据，或者仅返回一个 HTTP 状态码。你可能见过“404 - Not Found”这个状态码——当你尝试访问一个不存在的 URI 时就会看到它。实际上还有许多其他状态码，用于指示服务器接收到请求后发生了什么。
什么是数据库？为什么我们需要使用它？
数据库在 Web 应用的后端中被广泛使用。它们提供了一种持久化存储数据的接口，将数据保存在内存之外（如硬盘）。使用数据库不仅可以减轻服务器 CPU 主内存的负担，还能确保即使服务器崩溃或断电，数据也不会丢失。
许多发送到服务器的请求都需要进行数据库查询。客户端可能请求数据库中存储的信息，也可能在请求中提交新数据以存入数据库。
Web API 到底是什么？
API（Application Programming Interface，应用程序编程接口）是不同软件组件之间明确定义的通信方法集合。
更具体地说，Web API 就是由后端创建的接口：它是一组端点（endpoints）及其所暴露资源的集合。
Web API 由其能够处理的请求类型定义，这取决于它所定义的路由，以及客户端在访问这些路由后可以预期收到的响应类型。
一个 Web API 可以为多个前端提供数据。由于 Web API 通常只提供数据而不规定数据如何展示，因此可以基于同一个 API 构建多个不同的 HTML 页面或移动应用来呈现这些数据。
请求-响应周期的其他原则：
- 服务器通常不能在没有请求的情况下主动发送响应！
- 每个请求都必须有响应，即使只是一个表示“未找到内容”的 404 状态码。否则，客户端会一直等待（挂起）。
- 每个请求只能发送一个响应。多次响应会导致代码报错。
请求流程示例
让我们通过一个具体例子，来看看客户端向服务器发出请求时发生的主要步骤：
Alice 在 SuperCoolShop.com 上购物。她点击了一款手机壳的图片，这个点击事件触发了一个 GET 请求，目标地址是：
http://www.SuperCoolShop.com/products/66432。
（GET 表示这是一个获取数据的请求，不修改任何内容；URI/products/66432表示她想查看 ID 为 66432 的商品详情。）Alice 的请求通过互联网发送到 SuperCoolShop 的某台服务器。这是整个过程中较慢的一步，因为请求传播速度不能超过光速，且可能需要跨越很长的物理距离。因此，像 SuperCoolShop 这样的大型网站通常在全球部署多台服务器，并将用户引导至地理位置最近的服务器。
服务器一直在监听所有用户的请求，此时成功接收到了 Alice 的请求！
与该请求匹配的事件监听器（HTTP 方法为 GET，URI 为
/products/66432）被触发。服务器在请求和响应之间运行的代码就是中间件。在处理请求过程中，服务器代码向数据库发起查询，以获取这款手机壳的详细信息。数据库中存储了 Alice 想了解的所有信息：产品名称、价格、若干用户评价，以及一张产品图片的路径。
数据库执行查询，并将所需数据返回给服务器。值得注意的是，数据库查询是整个流程中较慢的环节之一。从磁盘读取数据本身就很慢，而且数据库可能位于与原始服务器不同的机器上——这次查询甚至可能也需要通过网络传输！
服务器收到来自数据库的数据后，就可以构建并发送响应了。响应体包含浏览器渲染页面所需的所有信息（价格、评价、尺寸等），响应头则包含 HTTP 状态码 200，表示请求成功。
响应通过互联网返回到 Alice 的电脑。
Alice 的浏览器接收到响应，并利用这些信息渲染出她最终看到的商品详情页面！
结语
理解后端架构对于构建健壮的 Web 应用至关重要。后端通过处理数据、存储信息以及协调系统各组件之间的通信，支撑着用户在前端看到的一切。
我们已经探讨了服务器、应用程序和数据库如何协同工作，完成请求-响应周期。无论你是在构建一个简单网站还是复杂系统，掌握这些后端核心概念都将帮助你打造出可扩展、易维护的系统。
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