Web伺服器的原理

Yy_Gg發表於2019-03-15
Web伺服器
Web伺服器的原理
學號：201631062509
姓名：楊菓
一 、Web伺服器的實現

新建三個類：WebSever，Request，Response，並分別寫下下列程式碼。

1.WebServer.java檔案

   1 package webserver;
 2 
 3 import java.io.*;
 4 import java.net.*;
 5 
 6 public class WebServer {
 7 
 8     /**
 9      * web伺服器：實現200和404操作
10      * 原理：
11      * 伺服器監聽一個埠，並讀取瀏覽器的請求資訊，從該資訊提取出訪問的資源（這裡為檔名）。並在工作目錄下查詢是否有該資源，有則輸出資源內容，否則返回404
12      * 測試方法：
13      * 1、用String path=System.getProperty("user.dir");獲取當前的工作目錄，並在該目錄下放要測試的檔案
14      * 2、訪問127.0.0.1:8080/test.html
15      */
16     public static void main(String[] args) {
17         // TODO Auto-generated method stub
18         ServerSocket server = null;
19         Socket s=null;
20         try
21         {
22             server=new ServerSocket(8080,3,InetAddress.getByName("127.0.0.1"));
23         }catch(Exception e)
24         {
25             e.printStackTrace();
26         }
27         while(true)
28         {
29             try{
30                 s=server.accept();
31                 OutputStream output=s.getOutputStream();
32                 InputStream input=s.getInputStream();
33                 
34                 //接收請求資訊
35                 Request request=new Request(input);
36                 String filename=request.getUri();
37                 //System.out.println(filename);
38                 
39                 //處理並響應請求資訊
40                 Response response=new Response(output,filename);
41                 response.response();
42 
43             }catch(Exception e)
44             {
45                 e.printStackTrace();
46             }
47         }
48     }
49 
50 }

2.Request.java

   1 package webserver;
 2 import java.io.*;
 3 public class Request {
 4     /*
 5      * 接收請求的資訊，並返回資源（檔名）
 6      * */
 7     InputStream input;
 8     public Request(InputStream input)
 9     {
10         this.input=input;
11     }
12     public String getUri() throws IOException
13     {
14         String content=null,str=null;
15         StringBuffer request = new StringBuffer();  
16         byte[] buffer = new byte[2048];  
17         int i = 0;  
18           
19         try {  
20             i = input.read(buffer);  //讀取內容並存入buffer陣列中，並返回讀取的的位元組數。
21         } catch (IOException e) {  
22             e.printStackTrace();  
23             i = -1;  
24         }  
25         //將buffer陣列轉換為字串
26         for(int k = 0; k < i; k++) {  
27             request.append((char)buffer[k]);  
28         }  
29         content=request.toString();
30     /*    
31      *以下方法錯誤！用該返回會使瀏覽器不斷處於請求連線狀態
32      * BufferedReader br=new BufferedReader(new InputStreamReader(input));
33         while((str=br.readLine())!=null)
34         {
35             content=content+str+"\r\n";
36         }
37     */    
38         if(content!=null)
39             return getFilename(content);
40         else return null;
41     }
42     /*提取檔名*/
43     public String getFilename(String content)
44     {
45         int a,b;
46         a=content.indexOf(' ');
47         if(a!=-1)
48         {
49             b=content.indexOf('?',a+1);
50             if(b==-1)b=content.indexOf(' ',a+1);
51             return content.substring(a+2,b);
52         }
53         return null;
54     }
55 }

3.Response.java

   1 package webserver;
 2 
 3 import java.io.*;
 4 import java.io.File;
 5 import java.io.IOException;
 6 import java.io.OutputStream;
 7 
 8 public class Response {
 9     /**
10      * 響應並處理請求資訊
11      */
12     public OutputStream output;
13     public String filename;
14      private static final int BUFFER_SIZE = 1024; 
15     public  Response(OutputStream output,String filename)
16     {
17         this.output=output;
18         this.filename=filename;
19     }
20     public void response() throws IOException
21     {
22         String path=System.getProperty("user.dir");//獲取當前的工作目錄
23         byte[] buffer = new byte[BUFFER_SIZE];  
24         int ch;  
25         FileInputStream fis = null;  
26         //System.out.println(path+File.separator+filename);
27         if(path!=null&&filename!=null)
28         {
29             File file=new File(path,filename);
30             String str="";
31             /*必須新增響應頭，否則無法以html格式顯示內容*/
32             if(file.exists())
33             {
34                 fis = new FileInputStream(file);  
35                 str = "HTTP/1.1 200 OK \r\n" +  
36                  "Content-Type: text/html\r\n" +  
37                  "\r\n" ;
38                 output.write(str.getBytes());
39                 ch = fis.read(buffer);                
40                 while(ch != -1) {  
41                     output.write(buffer, 0, ch);  
42                     ch = fis.read(buffer, 0, BUFFER_SIZE);  
43                 }  
44             }
45             else
46             {
47                  str = "HTTP/1.1 404 File Not Found \r\n" +  
48                  "Content-Type: text/html\r\n" +  
49                  "Content-Length: 100\r\n" +  
50                  "\r\n" +  
51                  "<h1>404 File Not Found!</h1>"; 
52                 output.write(str.getBytes());
53             }
54         }
55         output.close();
56     }
57 }
新建一個HTML檔案，並寫下如下程式碼：

<!DOCTYPE html>

<html>

<head>

<meta charset="UTF-8">

<title>HELLO</title>

</head>

<body>

<p>Hello World!</p>

</body> 

</html>

執行結果

輸入正確地址

輸入不正確地址

二、 Web伺服器原理
1.Web伺服器工作原理圖解
首先我們暫時不考慮HTTP協議的各種請求方式，我們先跟著這張圖，將一次Web服務的工作流程過一遍，我們假設以瀏覽器作為客戶端
(1) 使用者做出了一個操作，可以是填寫網址敲回車，可以是點選連結，可以是點選按鍵等，接著瀏覽器獲取了該事件。
(2) 瀏覽器與對端服務程式建立TCP連線。
(3) 瀏覽器將使用者的事件按照HTTP協議格式**打包成一個資料包，其實質就是在待傳送緩衝區中的一段有著HTTP協議格式的位元組流。
(4) 瀏覽器確認對端可寫，並將該資料包推入Internet，該包經過網路最終遞交到對端服務程式。
(5) 服務端程式拿到該資料包後，同樣以HTTP協議格式解包，然後解析客戶端的意圖。
(6) 得知客戶端意圖後，進行分類處理，或是提供某種檔案、或是處理資料。
(7) 將結果裝入緩衝區，或是HTML檔案、或是一張圖片等。
(8) 按照HTTP協議格式將(7)中的資料打包
(9) 伺服器確認對端可寫，並將該資料包推入Internet，該包經過網路最終遞交到客戶端。
(10) 瀏覽器拿到包後，以HTTP協議格式解包，然後解析資料，假設是HTML檔案。
(11) 瀏覽器將HTML檔案展示在頁面
以上為Web伺服器工作基本原理。其實不難發現，這僅僅只是一個簡單的網路通訊。我們應該深信，作為一個伺服器，其根本的工作無非有三個
1. 接收資料  2. 傳送資料  3. 資料處理
而Web伺服器的本質就是 接收資料 ⇒ HTTP解析 ⇒ 邏輯處理 ⇒ HTTP封包 ⇒ 傳送資料
高階的伺服器無非就是將這三個部分更加細緻的設計了。
2.Web伺服器之提供靜態檔案工作原理圖解

Web伺服器最主要的功能是提供靜態的檔案。日常的上網瀏覽大多是網頁瀏覽，少數時候才會有一些資料的提交操作。因此，我們結合上一張圖示來重點講解在GET請求下的Web伺服器工作原理。
其他流程基本不變，著重在於紅色與藍色部分。
(1) 當使用者點選一個網頁連結或瀏覽器載入一些資源(css,jpg …)時產生。
(6) 服務程式解包後，確定其為GET請求，並且是對該伺服器上的某一資源的請求。首先服務程式會去確認該路徑是否存在，再確定該路徑的檔案是否可以獲取。
(7-1) 如果請求的路徑有誤，或者該資源不能被使用者獲取，則返回錯誤提示頁面。很多伺服器的錯誤頁面只有404，更專業的應該是將錯誤分類並返回對應的錯誤內碼表面。
(7-2) 如果該路徑合法且檔案可以被獲取，那麼服務程式將根據該檔案型別進行不同的裝載過程，記錄其型別作為(8)中HTTP協議中對應的返回型別，並加入響應頭。
假設以點選一個頁面連結為例，瀏覽器首先將HTML檔案請求過來，再以同樣的流程對HTML檔案中包含的資原始檔路徑進行依次請求。
 
3.Web伺服器之資料提交工作原理圖解

僅僅只是網頁的瀏覽並不能滿足所有人的需求，客戶端與伺服器應當是有資料互動的。
即使單方面的資源請求任然是網路的主力軍。
我們應該清楚的知道，資料提交對於使用者來說有什麼作用。
(1) 資源上傳  (2) 登陸驗證  (3) API介面呼叫  (4) 遠端指令等
資料提交使得使用者的操作性有了質的飛躍，它使得HTTP短連線獲取靜態檔案的方式提升到了動態互動的層次上。該性質也催化出各式各樣的程式語言、框架。例如PHP，JavaWeb。
如果你留意目前主流的那些大型伺服器，你會發現再高階再牛逼的東西實際是也是最基礎的東西建造的。那麼我們還可以順便學習一下最古老的動態技術CGI
其他流程基本不變，著重在於紅色與藍色部分。
(1) 使用者提交資料，假設使用者點選一個按鍵提交填好的資訊。在(3)中將以POST格式寫入，並填入提交至服務端的可執行程式的路徑。
(6) 服務端將引數與該CGI繫結，複製程式，用管道傳遞引數和接收結果
(7) 子程式執行CGI，接收(6)父程式傳來的引數，運算完成返回結果。
最後父程式將結果裝入靜態模板檔案，放入緩衝區
4.動態技術
我們得明白，Web伺服器是以短連線為主，並且獲取的資料到達瀏覽器的那一刻一定是靜態的不變的。那麼所謂動態實際是指兩種情況
服務端產生：
(1) 使用者POST提交資料到某個程式，程式根據該資料作為引數執行，得出結果並裝入靜態的模板頁面中，返回該靜態頁面。但對於使用者來說，同一個頁面，做了一個操作後資料不一樣了。好了，這就是動態頁面。(CGI原理)
(2) PHP的原理是，使用者GET請求一個php字尾的檔案，伺服器先執行該php字尾檔案中的PHP程式碼，將結果填入程式碼的位置，再返回。當然也可以提交資料參與運算再返回。
客戶端產生：
(1) 使用者GET請求一個JavaScript檔案，服務端不做任何運算返回該靜態檔案。瀏覽器收到該JS檔案，在本地執行並更新頁面。
(2) 使用者POST提交資料到服務端，服務端根據該提交的資料指令返回靜態檔案，瀏覽器收到後執行並更新。

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