C#中使用Socket實現簡單Web伺服器

周見智發表於2014-08-17
C#Web伺服器

上一篇部落格中介紹了怎樣使用socket訪問web伺服器。關鍵有兩個：

  • 熟悉Socket程式設計；
  • 熟悉HTTP協議。

上一篇主要是透過socket來模擬瀏覽器向（任何）Web伺服器傳送（HTTP）請求，重點在瀏覽器端。本篇部落格則反過來講一下怎樣使用socket來實現Web伺服器，怎樣去接收、分析、處理最後回覆來自瀏覽器的HTTP請求。

HTTP協議是瀏覽器和Web伺服器都需要遵守的一種通訊規範，如果我們編寫一個程式，正確遵守了HTTP協議，那麼理論上講，這個程式可以具備瀏覽器、甚至Web伺服器的功能。

圖1

如上圖1所示，Web伺服器和瀏覽器之間無論是傳送資料還是接收（解析）資料均遵守了HTTP協議。可以很確定地講，只要我們充分熟悉HTTP協議結構，那麼無論瀏覽器的實現還是Web伺服器的實現，均只是“簡單的”Socket程式的開發過程，除此之外，無其它神秘高深的東西。而Socket程式開發，稍微知道一點socket的有關知識，均能寫得出一個大概demo。

從系統架構來講，Web架構形式的系統均符合“生產者-消費者”模式（實質上，現實生活中大部分系統均屬於該模式）。瀏覽器端不斷產生資料（請求），而Web伺服器端不斷處理請求，長時間持續如此。

圖2

如上圖2所示，圖中左邊部分為Web伺服器中的“泵”結構，所謂泵，就是指它能夠持續長時間迴圈運作。圖中右邊顯示“來自瀏覽器請求”部分即為“生產者”，生產者不斷髮出請求，由左邊（Web伺服器）不斷進行處理，最後回覆給瀏覽器。注意圖2中顯示，Web伺服器中處理資料在迴圈體內部，換句話說，前一次HTTP請求處理結束之前，後一次HTTP請求不能開始，也就是每次請求處理均會阻塞迴圈的執行。這種序列處理資料的方式明顯效率不高，為了解決該問題，我們可以在接收到瀏覽器端的HTTP請求後，並不馬上在當前執行緒中進行處理，而是開闢獨立執行緒來處理請求（在.NET中可以使用非同步程式設計實現）。這樣一來，請求處理並不會阻塞當前迴圈過程，見下圖3

圖3

如上圖3所示，接收到請求後，開闢其它執行緒來處理，這種並行處理資料的方式不會影響後續請求處理。

如果對Socket程式設計比較熟悉，以上所說的完全可以輕鬆實現（完全按照Socket程式設計去做）。現在難點是，Web伺服器端怎樣解析來自瀏覽器的請求資料（一串字串文字），以及應該以怎樣的格式去回覆瀏覽器？答案就是必須充分了解HTTP協議格式。上一篇部落格中已經提到過，有關HTTP協議格式請參見http://www.cnblogs.com/riky/archive/2007/04/09/705848.html。我們必須讀懂瀏覽器傳送的請求資料，並按照正確格式傳送回覆。下圖4顯示瀏覽器請求資料格式：

圖4

圖中紅色部分即為資料傳輸方式（post或get）、請求路徑（url中不含主機地址部分）以及HTTP協議版本號。下面以“鍵：值”格式的文字均為瀏覽器傳送給伺服器的一系列資料資訊（注意這些項可選），如果瀏覽器以post方式提交資料，那麼資料會緊跟在下面（圖中沒顯示）。Web伺服器讀懂瀏覽器傳送的請求資料，並處理完畢後，必須按照圖5的格式將結果回覆給瀏覽器：

圖5

如上圖5所示，最上面的以“鍵：值”的格式文字是Web伺服器傳送給瀏覽器的一些資料資訊（這些項部分可選），緊接著，下面便是需要傳送給瀏覽器的HTML文件（如果返回的是頁面）。瀏覽器必須讀懂Web伺服器傳送的回覆資料，然後進行渲染（顯示）。

圖6

圖6顯示了瀏覽器發起的一次HTTP請求，顯示展示了Web伺服器端處理該請求的過程。我們可以看到，Web伺服器在一次Socket連線過程中只處理一個HTTP請求。多次HTTP請求會伴隨著Socket不斷的連線與斷開。

文章最後上傳一個使用Socket編寫的簡單Web伺服器，能夠實現以下功能：

  • 執行Web伺服器後，可以繫結埠，接收來自任何瀏覽器的HTTP請求；
  • 能夠顯示一個預設首頁，如index.html；
  • 首頁提供“登入”功能，按照Post方式傳遞資料到處理頁面“login.zsp”（字尾名可自定義）；
  • Web伺服器端接收接收瀏覽器傳送的資料，能夠解析（解析方式很隨意）出post傳遞的引數，並模擬訪問資料庫檢查登入情況、模擬耗時等待等；
  • Web伺服器生成登入成功後的靜態頁，回覆給瀏覽器。頁面顯示登入名和當前時間。

整個demo完全就是一個Socket程式，只是增加了“HTTP協議”的環節，伺服器端無論是接收（解析）資料還是傳送資料，均需要遵守HTTP協議。Web伺服器中最終的請求處理泵程式碼如下：

 1         static Socket _socket = new Socket(AddressFamily.InterNetwork, SocketType.Stream, ProtocolType.Tcp);  //偵聽socket
 2         static void Main(string[] args)
 3         {
 4             _socket.Bind(new IPEndPoint(IPAddress.Any, 8081));
 5             _socket.Listen(100);
 6             _socket.BeginAccept(new AsyncCallback(OnAccept), _socket);  //開始接收來自瀏覽器的http請求（其實是socket連線請求）
 7             Console.Read();
 8         }
 9         static void OnAccept(IAsyncResult ar)
10         {
11             try
12             {
13                 Socket socket = ar.AsyncState as Socket;
14                 Socket new_client = socket.EndAccept(ar);  //接收到來自瀏覽器的代理socket
15                 //NO.1  並行處理http請求
16                 socket.BeginAccept(new AsyncCallback(OnAccept), socket); //開始下一次http請求接收   （此行程式碼放在NO.2處時，就是序列處理http請求，前一次處理過程會阻塞下一次請求處理）
17 
18                 byte[] recv_buffer = new byte[1024 * 640];
19                 int real_recv = new_client.Receive(recv_buffer);  //接收瀏覽器的請求資料
20                 string recv_request = Encoding.UTF8.GetString(recv_buffer, 0, real_recv);
21                 Console.WriteLine(recv_request);  //將請求顯示到介面
22 
23                 Resolve(recv_request,new_client);  //解析、路由、處理
24 
25                 //NO.2  序列處理http請求
26             }
27             catch
28             {
29 
30             }
31         }
View Code

注意以上程式碼中的NO.1和NO.2處，socket.BeginAccept()方法放在NO.1處時，伺服器端會並行處理請求，而放在NO.2處時，伺服器會序列處理請求。讀者可以每種方式都試一下，在序列處理請求時，請求處理過程會阻塞後續請求的處理（比如登入耗時10秒鐘，其它人無法訪問網站）。

以下是demo效果圖：

圖7：Web伺服器執行後，瀏覽器訪問首頁：

圖7

圖8：瀏覽器中首頁顯示（包含登入框）：

圖8

圖9：使用者點選“登入”按鈕，以Post方式提交資料，Web伺服器解析、處理，返回新頁面：

圖9

文章有點長，部分截圖還失真了（部分圖以前整理的，沒有找到大圖，所以就湊合看：））

原始碼下載：https://files.cnblogs.com/xiaozhi_5638/socket_webServer.rar

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