手把手教你擼一個Web服務器(一)

聲明：本文大概需要30分鍾，如果只依據本文不看源碼就能寫出Web服務器就算學會了~如有錯誤歡迎指正~

首先我們要知道web服務器是什么？
　　一般指網站服務器，是指駐留於因特網上某種類型計算機的程序
服務器有什么作用：
　　1.放置網站文件，讓別人瀏覽
　　2.可以放置數據文件，供別人下載
服務器分類:
　　1.Apache(例如TomCat)
　　2.Nginx
　　3.IIS
Web服務器的工作原理，分四步：
　　1.連接過程
　　2.請求過程
　　3.應答過程
　　4.關閉連接

手擼web服務器就是根據web服務器的工作原理去手寫代碼以實現例如Tomcat的部分核心功能

根據這兩天的學習可以分為基礎和進階版本:
　　基礎就是簡單實現，靈活度不高
　　進階就是把部分固定功能的代碼封裝，再做一些動態的方法以供調用

下面我總結一下手擼Web服務器的業務邏輯

 

/**
 * 極其簡易的版本
 * @author shaking
 *
 */
public class WebServer {
    
    public static void main(String[] args) {
        WebServer webServer = new WebServer();
        webServer.start();
    }

    private ServerSocket server;
    
    public WebServer() {
        try {
            server = new ServerSocket(8080);
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
    
    public void start() {
        try {
            while(true) {
                Socket socket = server.accept();
                OutputStream outputStream = socket.getOutputStream();
                outputStream.write("abcaaa".getBytes());
                outputStream.flush();
                socket.close();
            }
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        
    }
    
}

基礎實現：
一、創建服務器類即WebServer類(連接過程)
　　·1聲明ServerSocket類，代表服務器；ServerSocket作用是監聽特定端口，例如：8080,8086等；端口號總共用65535個
　　　　綁定端口方法：ServerSocket server = new ServerSocket(8080);
　　　　利用構造方法初始化ServerSocket；
　　　　端口可以傳入0，表示操作來為服務器分配一個任意可用的端口，也稱為匿名端口，但不推薦使用；
　　　　如果端口被占用會拋出BindException異常
　　　　解決辦法：win + r進入運行，輸入CMD進入命令行模式
　　　　輸入 netstat -ano查看所有被占用端口 找到想要關閉的端口對應的Listening后的值
　　　　輸入 taskkill -f -pid (Listening后的值)


　　·2創建開始方法start()(請求和應答過程)
　　　　（請求）調用ServerSocket的accept()方法監聽並接受套接字(socket)的連接,返回值是Socket對象
　　　　因為服務器是被動程序，需要等有請求的時候才會響應，所以accept()方法應該是持續運行的；所以要用到while(true)
　　　　（應答）接收到請求之后根據請求的不同應該回應不同的信息，此處基礎實現回應相同的信息
　　　　·調用socket的getOutputStream()返回這個套接字的輸出流(OutputStream)
　　　　·然后調用OutputStream的方法write(byte[] b)輸入想寫內容;因為我們輸入的是字符串，而write方法要求傳入字節數組，
　　　　所以調用字符串的getBytes()方法返回字符數組
　　　　·然后調用OutputStream的方法flush()刷新流並強制寫出所有緩沖的輸出字節
　　·3關閉連接
　　　　調用Socket的close()方法關閉連接

　　·4測試該基礎服務器能否成功運行
　　　　利用HttpWatch監聽該連接過程，查看請求和響應；如果響應的是你在write中寫的內容，該服務器即創建成功！
　　　　但是其中頁面一直處於加載過程，原因是你的響應不符合Http協議，瀏覽器一直在等待想要的內容(即Http的標准響應格式)

　　·5修改程序不當的響應方式
　　　　·這個時候就要修改write以符合Http的標准響應格式
　　　　·調用PrintStream對象，該對象繼承了FilterOutputStream,而FilterOutputStream繼承了OutputStream;
　　　　·該對象與其他輸出流不同的是永遠不會拋出IOException，並且會自動調用flush()方法(一般在執行print，println，write時自動執行)，在需要寫入字符的時候推薦使用；因為IO流是基於裝飾者模式，所以使用該對象必須兩種類型(File或OutputStream)參數傳入一種，此處傳入的是OutputStream;而OutputStream可以通過Socket的getOutputStream()方法得到
　　　　·調用PrintStream的println()方法拼接出標准的Http協議響應格式(狀態行，響應頭，空行，響應內容)如果在調試過程中沒有響應，可以嘗試以下方法，查看方法調用順序是否有問題、重新啟動瀏覽器、換一個瀏覽器、重啟Eclipse

/**
 * 修改符合HTTP協議的版本
 * @author shaking
 *
 */
public class WebServer {
    
    public static void main(String[] args) {
        WebServer webServer = new WebServer();
        webServer.start();
    }

    private ServerSocket server;
    
    public WebServer() {
        try {
            server = new ServerSocket(8080);
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
    
    public void start() {
        try {
            while(true) {
                Socket socket = server.accept();
                PrintStream ps = new PrintStream(socket.getOutputStream());
                ps.println("HTTP/1.1 200 OK");
                ps.println("Content-Type:text/html");
                String s = "server is running->->->->";
                ps.println("Content-Length:" + s.length());
                
                ps.println("");
                
                ps.write(s.getBytes());
                socket.close();
            }
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        
    }
    
}

這個時候瀏覽器上應該有write()里的內容：“server is running->->->->”；如果出錯了檢查是不是沒有加空行

 

進階實現：
具體的Web服務器結構
·cn.itlou----core 核心包: WebServer ，ClientHandler
　　　　   |
　　　　   ---http 封裝Http協議相關內容:HttpRequest ，HttpResponse
　　　　   |
　　　　   ---common 參數配置信息:ServletContext ，HttpContext

config配置文件：web.xml

一、基礎實現有許多許多的不足，單線程不能同時接收過多的請求，所以我們加入多線程技術
　　具體的服務器架構不用變，增加線程池對象的引用並初始化線程池;
　　ExecutorService threadPool = Executors.newFixedThreadPool(int a);線程池的創建方法,記得數字不要給的過高，可能電腦不行導致程序出錯；
　　在start()方法中加入線程的應用，調用execute(Runnable command)方法;傳入實現Runnable的對象ClientHandler
　　而該對象應該包含所有我們希望通過利用多線程提高性能的方法(應答，關閉連接)
　　我們把該對象命名為ClientHandler它實現了Runnable接口，重寫run方法並寫入應答，關閉連接的代碼；
　　·1聲明一個代表客戶端的對象Socket，並將該對象傳入ClientHandler構造方法;
　　·2提取響應代碼寫入run方法中
　　·3利用線程池執行寫好的ClientHandler類
　　注意：重寫時寫入網頁數據應該用PrintStream的write方法，而不是println()方法，使用println方法會輸出地址

/**
 * 進階利用多線程的版本
 * @author shaking
 *
 */
public class WebServer {
    
    public static void main(String[] args) {
        WebServer webServer = new WebServer();
        webServer.start();
    }

    private ServerSocket server;
    private ExecutorService threadPool;
    
    public WebServer() {
        try {
            server = new ServerSocket(8080);
            threadPool = Executors.newFixedThreadPool(100);
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
    
    public void start() {
        try {
            while(true) {
                Socket socket = server.accept();
                threadPool.execute(new ClientHandler(socket));
            }
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        
    }
    
}

/**
 * 多線程部分代碼
 * @author shaking
 *
 */
public class ClientHandler implements Runnable{
    
    private Socket socket;
    
    public ClientHandler(Socket socket) {
        this.socket = socket;
    }

    public void run() {
        try {
            PrintStream ps = new PrintStream(socket.getOutputStream());
            ps.println("HTTP/1.1 200 OK");
            ps.println("Content-Type:text/html");
            String s = "server is running------->>>";
            ps.println("Content-Length:" + s.length());
            
            ps.println("");
            
            ps.write(s.getBytes());
            socket.close();
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        
    }
    
}

這個時候瀏覽器上應該有write()里的內容：“server is running------->>>”；如果出錯了檢查是不是線程池加入過多線程數；

二、修改程序使其能輸出具體的網頁
這時候只需要修改響應部分的部分代碼；即修改ClientHandler類中run方法的部分內容
　　·1自制一個簡單網頁或者已有的網頁，例如index.html，把其放入WebContent文件夾下
　　思考一下在網頁中怎么輸出的字符串，網頁同理(傳入文件，寫出文件內容)
　　·2    -1)傳入文件，用File類，new File(); 在其中傳入一個String類型的pathName，然后使用BufferedInputStream字節緩沖流，使用該類需要傳入一個FileInputStream類型的對象，這里我們使用FileInputStream傳入我們的File對象即想要輸出的網頁，將字節數組byte[] bs = new byte[(int)file.length()]，傳入BufferedInputStream的read(byte[])方法將文件讀入
　　       -2)寫出文件內容，調用PrintStream的write方法，write要求傳入字符數組，調用PrintStream的write(byte[])方法傳入已經創建好的字符數組，關閉BufferedInputStream流
　　·3關閉socket連接

/**
 * 輸出具體頁面的代碼
 * @author shaking
 *
 */
public class ClientHandler implements Runnable{
    
    private Socket socket;
    
    public ClientHandler(Socket socket) {
        this.socket = socket;
    }

    public void run() {
        try {
            PrintStream ps = new PrintStream(socket.getOutputStream());
            ps.println("HTTP/1.1 200 OK");
            ps.println("Content-Type:text/html");
            String pathName = "WebContent/index.html";
            File file = new File(pathName);
            ps.println("Content-Length:" + file.length());
            
            ps.println("");
            
            BufferedInputStream bis = new BufferedInputStream(new FileInputStream(file));
            
            byte[] bs = new byte[(int) file.length()];
            
            bis.read(bs);
            ps.write(bs);
            bis.close();
            socket.close();
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        
    }
    
}

三、我們這個服務器還是很低端，只能顯示一個固定的網頁，我們希望服務器能夠動態的響應輸入的所有網頁，有的就顯示，沒有就404
　　根據地址欄輸入的網址不同，請求行也會相應的改變
　　·1獲取請求行的部分內容，例如: GET /abc.html HTTP/1.1
　　　　這里我們使用字符輸入流BufferedReader，傳入新的對象InputStreamReader並在新的對象中傳入socket的輸入流；
　　　　調用BufferedReader的方法readline()讀取這一行數據，如果需要完整的HTTP請求可以寫死循環
　　　　我們利用字符串的split()方法切割請求行，以" "為目標切割成3份再用String類型數組接收，其中索引為1的數組就是我們想要的/abc.html
　　·2修改pathName的值使其可以動態的變化
　　·3設置index默認頁面和404錯誤頁面
　　　　判斷split切割后的地址，決定如何顯示頁面；如果為空顯示index，如果沒有對應的網頁顯示404
　　　　index需要判斷切割后的地址是否為空
　　　　404需要判斷切割后的地址對應的文件是否存在
　　注意：如果控制台報錯：FileNotFoundException:WebContent\favicon.ico在WebCont下放入一個后綴名為ico的圖片文件即可

/**
 * 輸出具體頁面的代碼
 * 包括默認首頁與404頁面
 * @author shaking
 *
 */
public class ClientHandler implements Runnable{
    
    private Socket socket;
    
    public ClientHandler(Socket socket) {
        this.socket = socket;
    }

    public void run() {
        try {
            BufferedReader reader = new BufferedReader(new InputStreamReader(socket.getInputStream()));
            String line = reader.readLine();
            String[] s = line.split(" ");
            String uri = s[1];
            
            if(uri.equals("/")) {
                uri = "/index.html";
            }
            
            PrintStream ps = new PrintStream(socket.getOutputStream());
            ps.println("HTTP/1.1 200 OK");
            ps.println("Content-Type:text/html");
            String pathName = "WebContent" + uri;
            File file = new File(pathName);
            
            if(!file.exists()) {
                uri = "/404.html";
                file = new File("WebContent" + uri);
            }
            
            ps.println("Content-Length:" + file.length());
            
            ps.println("");
            
            BufferedInputStream bis = new BufferedInputStream(new FileInputStream(file));
            
            byte[] bs = new byte[(int) file.length()];
            
            bis.read(bs);
            ps.write(bs);
            bis.close();
            socket.close();
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        
    }
    
}

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