手寫(xiě) WEB 服務(wù)器和 HTTP 協(xié)議

本節(jié)我們將借助 Socket 實(shí)現(xiàn)服務(wù)的端口監(jiān)聽(tīng)并根據(jù) Http 協(xié)議的請(qǐng)求和響應(yīng)結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)一個(gè)簡(jiǎn)單的 Web 服務(wù)器，加深體驗(yàn) Web 服務(wù)和 Http 協(xié)議的原理。

1. Http服務(wù)基本要素

1.1 監(jiān)聽(tīng)連接

瀏覽器每發(fā)起一次請(qǐng)求都需要跟服務(wù)端建立連接，服務(wù)端要時(shí)刻監(jiān)聽(tīng)有沒(méi)有客戶端連接。傳輸層協(xié)議有 TCP/UDP 兩種，實(shí)現(xiàn)起來(lái)并沒(méi)有強(qiáng)制說(shuō)用哪一種，下面是官方文檔對(duì) Http 連接的說(shuō)明：

HTTP communication usually takes place over TCP/IP connections. The default port is TCP 80 .

文檔中指明了連接通常用的是 TCP， TCP 不用考慮數(shù)據(jù)包亂序，丟失這些問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)起來(lái)更簡(jiǎn)單，高效。在代碼層我們可以用 Socket 來(lái)實(shí)現(xiàn)我們的 TCP 傳輸服務(wù)。

1.2 接收數(shù)據(jù)

Socket 監(jiān)聽(tīng)連接，在沒(méi)有連接到來(lái)之前一直是阻塞在 serverSocket.accept(); 有請(qǐng)求過(guò)來(lái)就可以運(yùn)行到下面的代碼，然后可以根據(jù)我們的輸入流讀取信息，根據(jù) Http 協(xié)議拆開(kāi)獲取我們要的請(qǐng)求數(shù)據(jù)。

1.3 返回?cái)?shù)據(jù)

根據(jù)業(yè)務(wù)處理完獲得返回實(shí)體數(shù)據(jù)，然后遵從 Http 協(xié)議格式構(gòu)造返回的消息報(bào)文。瀏覽器獲得到的數(shù)據(jù)也會(huì)根據(jù) Http 協(xié)議進(jìn)行渲染。

2. Http報(bào)文格式

Http 協(xié)議請(qǐng)求報(bào)文的本質(zhì)就是一堆字符串，只是這堆字符是有格式的，發(fā)送方跟接收方都需要按照這個(gè)格式來(lái)拼接和拆解內(nèi)容。我們要實(shí)現(xiàn)一個(gè) Web 服務(wù)，了解這個(gè)是最基本的要素。

以下截圖的報(bào)文是通過(guò) tcpflow（一款功能強(qiáng)大的、基于命令行的免費(fèi)開(kāi)源工具）在 Linux 系統(tǒng)抓包獲取的。

sudo tcpflow -c port 8080

2.1 Request

圖中各種請(qǐng)求首部字段的具體含義/用途，會(huì)在下面章節(jié)中詳細(xì)講解到。

2.2 Response

一般情況下，服務(wù)器收到客戶端的請(qǐng)求后，就會(huì)有一個(gè) Http 的響應(yīng)消息，Http 響應(yīng)也由 4 部分組成，分別是：狀態(tài)行、響應(yīng)頭、空行 和 響應(yīng)實(shí)體。

圖中的首部字段和返回內(nèi)容（響應(yīng)實(shí)體）中間是有一個(gè)空行的。

3. 實(shí)現(xiàn)

3.1 效果

• Web 服務(wù)端監(jiān)聽(tīng) 8090 端口；
• 本地瀏覽器訪問(wèn) 8090 頁(yè)面顯示 hello tomcat。

3.2 代碼

package com.imooc.mytomcat.tomcat;

import java.io.IOException;
import java.io.OutputStream;
import java.net.ServerSocket;
import java.net.Socket;

/**
 * Mytomcat
 *
 * @author zhourj
 * description
 */
public class Mytomcat {
    public static void main(String[] args) {
        Mytomcat server = new Mytomcat();
        server.start();
    }
    private void start(){
        try {
            //開(kāi)啟一個(gè) Socket 服務(wù)端，并監(jiān)聽(tīng) 8090 端口
            ServerSocket serverSocket = new ServerSocket(8090);
            do {
                //阻塞，直到有客戶端連接上，才會(huì)執(zhí)行后面的邏輯
                Socket socket = serverSocket.accept();
                //處理數(shù)據(jù)
                hander(socket);
            } while (true);
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }

    /**
     * http response
     *  第一行 協(xié)議 返回狀態(tài)
     *  第二行 媒體類型 josn/html
     *  第三行 空
     *  內(nèi)容
     * @param socket
     */
    private void hander(Socket socket) throws IOException {
        //拼接返回的 request 報(bào)文
        StringBuilder responseBuilder = new StringBuilder();
        responseBuilder
		        //返回 200 狀態(tài)碼，表示請(qǐng)求成功
		        .append("HTTP/1.1 200 \r\n")
		        //告訴請(qǐng)求的客戶端，返回的內(nèi)容是 text/html 格式的
                .append("Content-Type: text/html\r\n")
                //首部字段和消息實(shí)體中間的空行
                .append("\r\n")
                //內(nèi)容部分
                .append("hello tomcat");
		//獲取客戶端通道的輸出流
        OutputStream outputStream = socket.getOutputStream();
        //往輸出流通道寫(xiě)消息
        outputStream.write(responseBuilder.toString().getBytes());
        //流是有緩存機(jī)制的，寫(xiě)消息的時(shí)候不一定立馬發(fā)出去，刷一下才能保證數(shù)據(jù)發(fā)送出去
        outputStream.flush();
        //關(guān)閉輸出流通道
        outputStream.close();
    }
}

上面的代碼初學(xué)者可以自己模仿著寫(xiě)一個(gè)，相信對(duì) Http 會(huì)有很深刻的體驗(yàn)。代碼中主要是監(jiān)聽(tīng)連接，客戶端連接后，根據(jù) Http 協(xié)議進(jìn)行字符串的拼接返回給客戶端，客戶端瀏覽器接收到是標(biāo)準(zhǔn)的 Http 格式就會(huì)進(jìn)行渲染。

4. 小結(jié)

這邊的代碼雖然很簡(jiǎn)單，但是最核心的 Http 服務(wù)雛形已經(jīng)展示出來(lái)了，成熟的 Http 服務(wù)可以在這基礎(chǔ)上對(duì)以下模塊進(jìn)行優(yōu)化：

• 針對(duì)請(qǐng)求事件的 線程 / IO 優(yōu)化；
• Servlet 協(xié)議支持；
• 配置獨(dú)立管理；
• Http協(xié)議內(nèi)容完善（比如緩存機(jī)制）；
• 支持虛擬主機(jī)配置；
• 支持代理；
• rewrite 機(jī)制；
• 安全認(rèn)證。