Web服务器的原理
学号：201631062509
姓名：杨菓
一 、Web服务器的实现
新建三个类：WebSever，Request，Response，并分别写下下列代码。
1.WebServer.java文件
2
3 import java.io.*;
4 import java.net.*;
5
6 public class WebServer {
7
8 /**
9 * web服务器：实现200和404操作
10 * 原理：
11 * 服务器监听一个端口，并读取浏览器的请求信息，从该信息提取出访问的资源（这里为文件名）。并在工作目录下查找是否有该资源，有则输出资源内容，否则返回404
12 * 测试方法：
13 * 1、用String path=System.getProperty("user.dir");获取当前的工作目录，并在该目录下放要测试的文件
14 * 2、访问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 //接收请求信息
35 Request request=new Request(input);
36 String filename=request.getUri();
37 //System.out.println(filename);
38
39 //处理并响应请求信息
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
2 import java.io.*;
3 public class Request {
4 /*
5 * 接收请求的信息，并返回资源（文件名）
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); //读取内容并存入buffer数组中，并返回读取的的字节数。
21 } catch (IOException e) {
22 e.printStackTrace();
23 i = -1;
24 }
25 //将buffer数组转换为字符串
26 for(int k = 0; k < i; k++) {
27 request.append((char)buffer[k]);
28 }
29 content=request.toString();
30 /*
31 *以下方法错误！用该返回会使浏览器不断处于请求连接状态
32 * BufferedReader br=new BufferedReader(new InputStreamReader(input));
33 while((str=br.readLine())!=null)
34 {
35 content=content+str+"
";
36 }
37 */
38 if(content!=null)
39 return getFilename(content);
40 else return null;
41 }
42 /*提取文件名*/
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
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 * 响应并处理请求信息
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");//获取当前的工作目录
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 /*必须添加响应头，否则无法以html格式显示内容*/
32 if(file.exists())
33 {
34 fis = new FileInputStream(file);
35 str = "HTTP/1.1 200 OK
" +
36 "Content-Type: text/html
" +
37 "
" ;
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
" +
48 "Content-Type: text/html
" +
49 "Content-Length: 100
" +
50 "
" +
51 "<h1>404 File Not Found!</h1>";
52 output.write(str.getBytes());
53 }
54 }
55 output.close();
56 }
57 }
新建一个HTML文件，并写下如下代码：
<!DOCTYPE html>
<html>
<head>
<meta charset="UTF-8">
<title>HELLO</title>
</head>
<body>
<p>Hello World!</p>
</body>
</html>
运行结果
输入正确地址
输入不正确地址
二、 Web服务器原理
1.Web服务器工作原理图解
首先我们暂时不考虑HTTP协议的各种请求方式，我们先跟着这张图，将一次Web服务的工作流程过一遍，我们假设以浏览器作为客户端
(1) 用户做出了一个操作，可以是填写网址敲回车，可以是点击链接，可以是点击按键等，接着浏览器获取了该事件。
(2) 浏览器与对端服务程序建立TCP连接。
(3) 浏览器将用户的事件按照HTTP协议格式**打包成一个数据包，其实质就是在待发送缓冲区中的一段有着HTTP协议格式的字节流。
(4) 浏览器确认对端可写，并将该数据包推入Internet，该包经过网络最终递交到对端服务程序。
(5) 服务端程序拿到该数据包后，同样以HTTP协议格式解包，然后解析客户端的意图。
(6) 得知客户端意图后，进行分类处理，或是提供某种文件、或是处理数据。
(7) 将结果装入缓冲区，或是HTML文件、或是一张图片等。
(8) 按照HTTP协议格式将(7)中的数据打包
(9) 服务器确认对端可写，并将该数据包推入Internet，该包经过网络最终递交到客户端。
(10) 浏览器拿到包后，以HTTP协议格式解包，然后解析数据，假设是HTML文件。
(11) 浏览器将HTML文件展示在页面
以上为Web服务器工作基本原理。其实不难发现，这仅仅只是一个简单的网络通信。我们应该深信，作为一个服务器，其根本的工作无非有三个
(1) 用户做出了一个操作，可以是填写网址敲回车，可以是点击链接，可以是点击按键等，接着浏览器获取了该事件。
(2) 浏览器与对端服务程序建立TCP连接。
(3) 浏览器将用户的事件按照HTTP协议格式**打包成一个数据包，其实质就是在待发送缓冲区中的一段有着HTTP协议格式的字节流。
(4) 浏览器确认对端可写，并将该数据包推入Internet，该包经过网络最终递交到对端服务程序。
(5) 服务端程序拿到该数据包后，同样以HTTP协议格式解包，然后解析客户端的意图。
(6) 得知客户端意图后，进行分类处理，或是提供某种文件、或是处理数据。
(7) 将结果装入缓冲区，或是HTML文件、或是一张图片等。
(8) 按照HTTP协议格式将(7)中的数据打包
(9) 服务器确认对端可写，并将该数据包推入Internet，该包经过网络最终递交到客户端。
(10) 浏览器拿到包后，以HTTP协议格式解包，然后解析数据，假设是HTML文件。
(11) 浏览器将HTML文件展示在页面
以上为Web服务器工作基本原理。其实不难发现，这仅仅只是一个简单的网络通信。我们应该深信，作为一个服务器，其根本的工作无非有三个
1. 接收数据 2. 发送数据 3. 数据处理
而Web服务器的本质就是 接收数据 ⇒ HTTP解析 ⇒ 逻辑处理 ⇒ HTTP封包 ⇒ 发送数据
高级的服务器无非就是将这三个部分更加细致的设计了。
而Web服务器的本质就是 接收数据 ⇒ HTTP解析 ⇒ 逻辑处理 ⇒ HTTP封包 ⇒ 发送数据
高级的服务器无非就是将这三个部分更加细致的设计了。
2.Web服务器之提供静态文件工作原理图解
Web服务器最主要的功能是提供静态的文件。日常的上网浏览大多是网页浏览，少数时候才会有一些数据的提交操作。因此，我们结合上一张图示来重点讲解在GET请求下的Web服务器工作原理。
其他流程基本不变，着重在于红色与蓝色部分。
(1) 当用户点击一个网页链接或浏览器加载一些资源(css,jpg …)时产生。
(6) 服务程序解包后，确定其为GET请求，并且是对该服务器上的某一资源的请求。首先服务程序会去确认该路径是否存在，再确定该路径的文件是否可以获取。
(7-1) 如果请求的路径有误，或者该资源不能被用户获取，则返回错误提示页面。很多服务器的错误页面只有404，更专业的应该是将错误分类并返回对应的错误代码页面。
(7-2) 如果该路径合法且文件可以被获取，那么服务程序将根据该文件类型进行不同的装载过程，记录其类型作为(8)中HTTP协议中对应的返回类型，并加入响应头。
假设以点击一个页面链接为例，浏览器首先将HTML文件请求过来，再以同样的流程对HTML文件中包含的资源文件路径进行依次请求。
(1) 当用户点击一个网页链接或浏览器加载一些资源(css,jpg …)时产生。
(6) 服务程序解包后，确定其为GET请求，并且是对该服务器上的某一资源的请求。首先服务程序会去确认该路径是否存在，再确定该路径的文件是否可以获取。
(7-1) 如果请求的路径有误，或者该资源不能被用户获取，则返回错误提示页面。很多服务器的错误页面只有404，更专业的应该是将错误分类并返回对应的错误代码页面。
(7-2) 如果该路径合法且文件可以被获取，那么服务程序将根据该文件类型进行不同的装载过程，记录其类型作为(8)中HTTP协议中对应的返回类型，并加入响应头。
假设以点击一个页面链接为例，浏览器首先将HTML文件请求过来，再以同样的流程对HTML文件中包含的资源文件路径进行依次请求。
3.Web服务器之数据提交工作原理图解
仅仅只是网页的浏览并不能满足所有人的需求，客户端与服务器应当是有数据交互的。
即使单方面的资源请求任然是网络的主力军。
我们应该清楚的知道，数据提交对于用户来说有什么作用。
(1) 资源上传 (2) 登陆验证 (3) API接口调用 (4) 远程指令等
数据提交使得用户的操作性有了质的飞跃，它使得HTTP短连接获取静态文件的方式提升到了动态交互的层次上。该性质也催化出各式各样的编程语言、框架。例如PHP，JavaWeb。
如果你留意目前主流的那些大型服务器，你会发现再高级再牛逼的东西实际是也是最基础的东西建造的。那么我们还可以顺便学习一下最古老的动态技术CGI
其他流程基本不变，着重在于红色与蓝色部分。
(1) 用户提交数据，假设用户点击一个按键提交填好的信息。在(3)中将以POST格式写入，并填入提交至服务端的可执行程序的路径。
(6) 服务端将参数与该CGI绑定，复制进程，用管道传递参数和接收结果
(7) 子进程执行CGI，接收(6)父进程传来的参数，运算完成返回结果。
最后父进程将结果装入静态模板文件，放入缓冲区
4.动态技术
我们得明白，Web服务器是以短连接为主，并且获取的数据到达浏览器的那一刻一定是静态的不变的。那么所谓动态实际是指两种情况
(1) 用户提交数据，假设用户点击一个按键提交填好的信息。在(3)中将以POST格式写入，并填入提交至服务端的可执行程序的路径。
(6) 服务端将参数与该CGI绑定，复制进程，用管道传递参数和接收结果
(7) 子进程执行CGI，接收(6)父进程传来的参数，运算完成返回结果。
最后父进程将结果装入静态模板文件，放入缓冲区
4.动态技术
我们得明白，Web服务器是以短连接为主，并且获取的数据到达浏览器的那一刻一定是静态的不变的。那么所谓动态实际是指两种情况
服务端产生：
(1) 用户POST提交数据到某个程序，程序根据该数据作为参数运行，得出结果并装入静态的模板页面中，返回该静态页面。但对于用户来说，同一个页面，做了一个操作后数据不一样了。好了，这就是动态页面。(CGI原理)
(2) PHP的原理是，用户GET请求一个php后缀的文件，服务器先执行该php后缀文件中的PHP代码，将结果填入代码的位置，再返回。当然也可以提交数据参与运算再返回。
客户端产生：
(1) 用户GET请求一个JavaScript文件，服务端不做任何运算返回该静态文件。浏览器收到该JS文件，在本地执行并更新页面。
(2) 用户POST提交数据到服务端，服务端根据该提交的数据指令返回静态文件，浏览器收到后执行并更新。
(1) 用户POST提交数据到某个程序，程序根据该数据作为参数运行，得出结果并装入静态的模板页面中，返回该静态页面。但对于用户来说，同一个页面，做了一个操作后数据不一样了。好了，这就是动态页面。(CGI原理)
(2) PHP的原理是，用户GET请求一个php后缀的文件，服务器先执行该php后缀文件中的PHP代码，将结果填入代码的位置，再返回。当然也可以提交数据参与运算再返回。
客户端产生：
(1) 用户GET请求一个JavaScript文件，服务端不做任何运算返回该静态文件。浏览器收到该JS文件，在本地执行并更新页面。
(2) 用户POST提交数据到服务端，服务端根据该提交的数据指令返回静态文件，浏览器收到后执行并更新。