手把手教你撸一个Web服务器(一)

声明：本文大概需要30分钟，如果只依据本文不看源码就能写出Web服务器就算学会了~如有错误欢迎指正~

首先我们要知道web服务器是什么？
　　一般指网站服务器，是指驻留于因特网上某种类型计算机的程序
服务器有什么作用：
　　1.放置网站文件，让别人浏览
　　2.可以放置数据文件，供别人下载
服务器分类:
　　1.Apache(例如TomCat)
　　2.Nginx
　　3.IIS
Web服务器的工作原理，分四步：
　　1.连接过程
　　2.请求过程
　　3.应答过程
　　4.关闭连接

手撸web服务器就是根据web服务器的工作原理去手写代码以实现例如Tomcat的部分核心功能

根据这两天的学习可以分为基础和进阶版本:
　　基础就是简单实现，灵活度不高
　　进阶就是把部分固定功能的代码封装，再做一些动态的方法以供调用

下面我总结一下手撸Web服务器的业务逻辑

 

/**
 * 极其简易的版本
 * @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();
        }
        
    }
    
}

基础实现：
一、创建服务器类即WebServer类(连接过程)
　　·1声明ServerSocket类，代表服务器；ServerSocket作用是监听特定端口，例如：8080,8086等；端口号总共用65535个
　　　　绑定端口方法：ServerSocket server = new ServerSocket(8080);
　　　　利用构造方法初始化ServerSocket；
　　　　端口可以传入0，表示操作来为服务器分配一个任意可用的端口，也称为匿名端口，但不推荐使用；
　　　　如果端口被占用会抛出BindException异常
　　　　解决办法：win + r进入运行，输入CMD进入命令行模式
　　　　输入 netstat -ano查看所有被占用端口 找到想要关闭的端口对应的Listening后的值
　　　　输入 taskkill -f -pid (Listening后的值)


　　·2创建开始方法start()(请求和应答过程)
　　　　（请求）调用ServerSocket的accept()方法监听并接受套接字(socket)的连接,返回值是Socket对象
　　　　因为服务器是被动程序，需要等有请求的时候才会响应，所以accept()方法应该是持续运行的；所以要用到while(true)
　　　　（应答）接收到请求之后根据请求的不同应该回应不同的信息，此处基础实现回应相同的信息
　　　　·调用socket的getOutputStream()返回这个套接字的输出流(OutputStream)
　　　　·然后调用OutputStream的方法write(byte[] b)输入想写内容;因为我们输入的是字符串，而write方法要求传入字节数组，
　　　　所以调用字符串的getBytes()方法返回字符数组
　　　　·然后调用OutputStream的方法flush()刷新流并强制写出所有缓冲的输出字节
　　·3关闭连接
　　　　调用Socket的close()方法关闭连接

　　·4测试该基础服务器能否成功运行
　　　　利用HttpWatch监听该连接过程，查看请求和响应；如果响应的是你在write中写的内容，该服务器即创建成功！
　　　　但是其中页面一直处于加载过程，原因是你的响应不符合Http协议，浏览器一直在等待想要的内容(即Http的标准响应格式)

　　·5修改程序不当的响应方式
　　　　·这个时候就要修改write以符合Http的标准响应格式
　　　　·调用PrintStream对象，该对象继承了FilterOutputStream,而FilterOutputStream继承了OutputStream;
　　　　·该对象与其他输出流不同的是永远不会抛出IOException，并且会自动调用flush()方法(一般在执行print，println，write时自动执行)，在需要写入字符的时候推荐使用；因为IO流是基于装饰者模式，所以使用该对象必须两种类型(File或OutputStream)参数传入一种，此处传入的是OutputStream;而OutputStream可以通过Socket的getOutputStream()方法得到
　　　　·调用PrintStream的println()方法拼接出标准的Http协议响应格式(状态行，响应头，空行，响应内容)如果在调试过程中没有响应，可以尝试以下方法，查看方法调用顺序是否有问题、重新启动浏览器、换一个浏览器、重启Eclipse

/**
 * 修改符合HTTP协议的版本
 * @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();
        }
        
    }
    
}

这个时候浏览器上应该有write()里的内容：“server is running->->->->”；如果出错了检查是不是没有加空行

 

进阶实现：
具体的Web服务器结构
·cn.itlou----core 核心包: WebServer ，ClientHandler
　　　　   |
　　　　   ---http 封装Http协议相关内容:HttpRequest ，HttpResponse
　　　　   |
　　　　   ---common 参数配置信息:ServletContext ，HttpContext

config配置文件：web.xml

一、基础实现有许多许多的不足，单线程不能同时接收过多的请求，所以我们加入多线程技术
　　具体的服务器架构不用变，增加线程池对象的引用并初始化线程池;
　　ExecutorService threadPool = Executors.newFixedThreadPool(int a);线程池的创建方法,记得数字不要给的过高，可能电脑不行导致程序出错；
　　在start()方法中加入线程的应用，调用execute(Runnable command)方法;传入实现Runnable的对象ClientHandler
　　而该对象应该包含所有我们希望通过利用多线程提高性能的方法(应答，关闭连接)
　　我们把该对象命名为ClientHandler它实现了Runnable接口，重写run方法并写入应答，关闭连接的代码；
　　·1声明一个代表客户端的对象Socket，并将该对象传入ClientHandler构造方法;
　　·2提取响应代码写入run方法中
　　·3利用线程池执行写好的ClientHandler类
　　注意：重写时写入网页数据应该用PrintStream的write方法，而不是println()方法，使用println方法会输出地址

/**
 * 进阶利用多线程的版本
 * @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();
        }
        
    }
    
}

/**
 * 多线程部分代码
 * @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();
        }
        
    }
    
}

这个时候浏览器上应该有write()里的内容：“server is running------->>>”；如果出错了检查是不是线程池加入过多线程数；

二、修改程序使其能输出具体的网页
这时候只需要修改响应部分的部分代码；即修改ClientHandler类中run方法的部分内容
　　·1自制一个简单网页或者已有的网页，例如index.html，把其放入WebContent文件夹下
　　思考一下在网页中怎么输出的字符串，网页同理(传入文件，写出文件内容)
　　·2    -1)传入文件，用File类，new File(); 在其中传入一个String类型的pathName，然后使用BufferedInputStream字节缓冲流，使用该类需要传入一个FileInputStream类型的对象，这里我们使用FileInputStream传入我们的File对象即想要输出的网页，将字节数组byte[] bs = new byte[(int)file.length()]，传入BufferedInputStream的read(byte[])方法将文件读入
　　       -2)写出文件内容，调用PrintStream的write方法，write要求传入字符数组，调用PrintStream的write(byte[])方法传入已经创建好的字符数组，关闭BufferedInputStream流
　　·3关闭socket连接

/**
 * 输出具体页面的代码
 * @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、我们这个服务器还是很低端，只能显示一个固定的网页，我们希望服务器能够动态的响应输入的所有网页，有的就显示，没有就404
　　根据地址栏输入的网址不同，请求行也会相应的改变
　　·1获取请求行的部分内容，例如: GET /abc.html HTTP/1.1
　　　　这里我们使用字符输入流BufferedReader，传入新的对象InputStreamReader并在新的对象中传入socket的输入流；
　　　　调用BufferedReader的方法readline()读取这一行数据，如果需要完整的HTTP请求可以写死循环
　　　　我们利用字符串的split()方法切割请求行，以" "为目标切割成3份再用String类型数组接收，其中索引为1的数组就是我们想要的/abc.html
　　·2修改pathName的值使其可以动态的变化
　　·3设置index默认页面和404错误页面
　　　　判断split切割后的地址，决定如何显示页面；如果为空显示index，如果没有对应的网页显示404
　　　　index需要判断切割后的地址是否为空
　　　　404需要判断切割后的地址对应的文件是否存在
　　注意：如果控制台报错：FileNotFoundException:WebContent\favicon.ico在WebCont下放入一个后缀名为ico的图片文件即可

/**
 * 输出具体页面的代码
 * 包括默认首页与404页面
 * @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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