Java实现Web Server

一直以来都是用Java写Web，但是呢，还没好好去了解实现一个Web Server，由此开始要逐步写出一个完善的WebServer，努力实现高性能的Web站点。

一、什么是Web服务器##

网页服务器（Web server）一词有两个意思：
一台负责提供网页的电脑，主要是各种编程语言构建而成，通过HTTP协议传给客户端（一般是指网页浏览器）。
一个提供网页的服务器程序。

虽然每个网页服务器程序有很多不同，但有一些共同的特点：每一个网页服务器程序都需要从网络接受HTTP request，然后提供HTTP response给请求者。HTTP回复一般包含一个HTML文件，有时也可以包含纯文本文件、图像或其他类型的文件。

二、HTTP协议##

  • 简介

HTTP是一个属于应用层的面向对象的协议，由于其简捷、快速的方式，适用于分布式超媒体信息系统。它于1990年提出，经过几年的使用与发展，得到不断地完善和扩展。目前在WWW中使用的是HTTP/1.0的第六版，HTTP/1.1的规范化工作正在进行之中，而且HTTP-NG(Next Generation of HTTP)的建议已经提出。

HTTP协议的主要特点可概括如下：

1.支持客户/服务器模式。

2.简单快速：客户向服务器请求服务时，只需传送请求方法和路径。请求方法常用的有GET、HEAD、POST。每种方法规定了客户与服务器联系的类型不同。由于HTTP协议简单，使得HTTP服务器的程序规模小，因而通信速度很快。

3.灵活：HTTP允许传输任意类型的数据对象。正在传输的类型由Content-Type加以标记。

4.无连接：无连接的含义是限制每次连接只处理一个请求。服务器处理完客户的请求，并收到客户的应答后，即断开连接。采用这种方式可以节省传输时间。

5.无状态：HTTP协议是无状态协议。无状态是指协议对于事务处理没有记忆能力。缺少状态意味着如果后续处理需要前面的信息，则它必须重传，这样可能导致每次连接传送的数据量增大。另一方面，在服务器不需要先前信息时它的应答就较快。

  • HTTP协议详解-请求

http请求由三部分组成，分别是：请求行、消息报头、请求正文

1、请求行以一个方法符号开头，以空格分开，后面跟着请求的URI和协议的版本，格式如下：Method Request-URI HTTP-Version CRLF
其中 Method表示请求方法；Request-URI是一个统一资源标识符；HTTP-Version表示请求的HTTP协议版本；CRLF表示回车和换行（除了作为结尾的CRLF外，不允许出现单独的CR或LF字符）。

请求方法（所有方法全为大写）有多种，各个方法的解释如下：
　　　　GET 请求获取Request-URI所标识的资源
　　　　POST 在Request-URI所标识的资源后附加新的数据
　　　　HEAD 请求获取由Request-URI所标识的资源的响应消息报头
　　　　PUT 请求服务器存储一个资源，并用Request-URI作为其标识
　　　　DELETE 请求服务器删除Request-URI所标识的资源
　　　　TRACE 请求服务器回送收到的请求信息，主要用于测试或诊断
　　　　CONNECT 保留将来使用
　　　　OPTIONS 请求查询服务器的性能，或者查询与资源相关的选项和需求
　　应用举例：
　　　　GET方法：在浏览器的地址栏中输入网址的方式访问网页时，浏览器采用GET方法向服务器获取资源，eg:GET /form.html HTTP/1.1 (CRLF)

POST方法要求被请求服务器接受附在请求后面的数据，常用于提交表单。
　　　　eg：POST /reg.jsp HTTP/ (CRLF)
　　　　Accept:image/gif,image/x-xbit,... (CRLF)
　　　　...
　　　　HOST:www.guet.edu.cn (CRLF)
　　　　Content-Length:22 (CRLF)
　　　　Connection:Keep-Alive (CRLF)
　　　　Cache-Control:no-cache (CRLF)
　　　　(CRLF) //该CRLF表示消息报头已经结束，在此之前为消息报头
　　　　user=jeffrey&pwd=1234 //此行以下为提交的数据

HEAD方法与GET方法几乎是一样的，对于HEAD请求的回应部分来说，它的HTTP头部中包含的信息与通过GET请求所得到的信息是相同的。利用这个方法，不必传输整个资源内容，就可以得到Request-URI所标识的资源的信息。该方法常用于测试超链接的有效性，是否可以访问，以及最近是否更新。
　　2、请求报头后述
　　3、请求正文(略)

详情请转到另一篇博文：http://blog.csdn.net/gueter/article/details/1524447

三、实现自己WebServer

1、实现一个单线程的SingleThreadWebServer

  1. 首先开启一个ServerSocket来监听9000端
  2. 一但获得一个连接请求，回复一条信息
public class SingleThreadWebServer implements Runnable{
    protected int          serverPort   = 8080;
    protected ServerSocket serverSocket = null;
    protected Thread       runningThread= null;

    public SingleThreadWebServer(int port){
        this.serverPort = port;
    }

    public void run(){
        synchronized(this){
            this.runningThread = Thread.currentThread();
        }
        openServerSocket();
        System.out.println("Web服务器开启了");
        while(true){
            Socket clientSocket = null;
            try {
                clientSocket = this.serverSocket.accept();
            } catch (IOException e) {
                e.printStackTrace();
            }
            try {
                processClientRequest(clientSocket);
            } catch (IOException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }

    }

    private void processClientRequest(Socket clientSocket)
            throws IOException {
        InputStream input  = clientSocket.getInputStream();
        OutputStream output = clientSocket.getOutputStream();
        long time = System.currentTimeMillis();

        output.write(("HTTP/1.1 200 OK\n\n<html><body>" +
                "木木彬的singleThreadWebServer: " +
                time +
                "</body></html>").getBytes());
        output.close();
        input.close();
        System.out.println("接收到请求: " + time);
    }



    private void openServerSocket() {
        try {
            this.serverSocket = new ServerSocket(this.serverPort);
        } catch (IOException e) {
            throw new RuntimeException("Cannot open port 8080", e);
        }
    }

    public static void main(String[] args) {
        SingleThreadWebServer singleThreadWebServer = new SingleThreadWebServer(9000);
        new Thread(singleThreadWebServer).start();
    }
}

单线程的WebServer，接受connection连接和处理请求都在一个线程中，因此一次只能相应一个请求

2、实现MultiThreadWebServer

  1. 首先开启一个ServerSocket来监听9000端口
  2. 一单获得一个连接请求，把它传递给另一个处理线程，这样才能让你的ServerSocket去接受其它的请求
  3. 写一个响应。
    实现很简单，把单线程的processClientRequest函数改成WorkThread就好
public class MultiThreadWebServer implements Runnable{
    protected int          serverPort   = 8080;
    protected ServerSocket serverSocket = null;
    protected boolean      isStopped    = false;
    protected Thread       runningThread= null;

    public MultiThreadWebServer(int port){
        this.serverPort = port;
    }

    public void run(){
        synchronized(this){
            this.runningThread = Thread.currentThread();
        }
        openServerSocket();
        while(true){
            Socket clientSocket = null;
            try {
                clientSocket = this.serverSocket.accept();
            } catch (IOException e) {
                e.printStackTrace();
            }
            new Thread(
                    new WorkThread(
                            clientSocket, "mumubin's Multithreaded Server")
            ).start();
        }
    }
    private void openServerSocket() {
        try {
            this.serverSocket = new ServerSocket(this.serverPort);
        } catch (IOException e) {
            throw new RuntimeException("Cannot open port 8080", e);
        }
    }
    public static void main(String[] args) {
        MultiThreadWebServer multiThreadWebServer = new MultiThreadWebServer(9090);
        new Thread(multiThreadWebServer).start();
    }

}
public class WorkThread implements Runnable {
    protected Socket clientSocket = null;
    protected String serverText = null;

    public WorkThread(Socket clientSocket, String serverText) {
        this.clientSocket = clientSocket;
        this.serverText = serverText;
    }

    @Override
    public void run() {
        try {
            InputStream inputStream = clientSocket.getInputStream();
            OutputStream outputStream = clientSocket.getOutputStream();
            long time = System.currentTimeMillis();
            outputStream.write(("HTTP/1.1 200 OK\n\nWorkerThread: " +
                    this.serverText + " - " +
                    time +
                    "").getBytes());
            inputStream.close();
            outputStream.flush();
            System.out.println("接收到请求");
            outputStream.close();
        }
        catch (Exception e)
        {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

但是呢，之前那些，都没实现HTTP最基本的GET、POST请求，

3、实现Post、Get方法

流程如下：

  1. 首先开启一个ServerSocket来监听10000端口
  2. 一单获得一个连接请求，把它传递给另一个处理线程，这样才能让你的ServerSocket去接受其它的请求
  3. 解析请求，看它是GET还是POST，还有传递过来的参数
  4. 根据相应的请求写一个响应。
    接下来我们先看下其实现代码
InputStream inputStream = clientSocket.getInputStream();
InputStream input  = clientSocket.getInputStream();
byte[] byteBuffer = new byte[1000];

do{
    input.read(byteBuffer);
    for (byte a :byteBuffer)
        System.out.print((char)a);
}
while (input.read() != -1);

Request的具体信息

  GET / HTTP/1.1
  Host: 127.0.0.1:9090
  Connection: keep-alive 
Accept: text/html,application/xhtml+xml,application/xml;q=0.9,image/webp,*/*;q=0.8
  User-Agent: Mozilla/5.0 (Windows NT 6.3; Win64; x64) AppleWebKit/537.36 (KHTML, like Gecko) Chrome/42.0.2311.90 Safari/537.36
  Accept-Encoding: gzip, deflate, sdch
  Accept-Language: zh-CN,zh;q=0.8
  Cookie: _ga=GA1.1.413734972.1430379491

因此通过解析Request就可以构建doPost和doGet方法,修改后的WorkThread

public class WorkThread implements Runnable {
    protected Socket clientSocket = null;
    protected String serverText = null;

    public WorkThread(Socket clientSocket, String serverText) {
        this.clientSocket = clientSocket;
        this.serverText = serverText;
    }

    public void doPost()
    {
        try {
            OutputStream outputStream = clientSocket.getOutputStream();
            outputStream.write(("HTTP/1.1 200 OK\n\nWorkerThread: " +
                    "this is by post").getBytes());
            outputStream.flush();
            outputStream.close();
        }
        catch (Exception e)
        {
            e.printStackTrace();
        }
    }

    public void doGet()
    {
        try {
            OutputStream outputStream = clientSocket.getOutputStream();
            outputStream.write(("HTTP/1.1 200 OK\n\nWorkerThread: " +
                    "this is by get").getBytes());
            outputStream.flush();
            outputStream.close();
        }
        catch (Exception e)
        {
            e.printStackTrace();
        }
    }
    @Override
    public void run() {
        try {
            InputStream input  = clientSocket.getInputStream();
            byte[] byteBuffer = new byte[1000];

                input.read(byteBuffer);
                for (byte a :byteBuffer)
                    System.out.print((char)a);

            if(byteBuffer[0] == 'G' && byteBuffer[1] == 'E' && byteBuffer[2] == 'T')
            {
                doGet();
            }
            else {
                doPost();
            }
            input.close();
            System.out.println("接收到请求");
        }
        catch (Exception e)
        {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

4、基于JDK实现简单的Web服务器

其实JDK中已经有了对HTTPServer的支持，我们来简单应用下

public class APITest {
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        HttpServer server = HttpServer.create(new InetSocketAddress(8000), 0);
        server.createContext("/test", new MyHandler());
        server.setExecutor(null); // creates a default executor
        server.start();
    }
 
    static class MyHandler implements HttpHandler {
        @Override
        public void handle(HttpExchange t) throws IOException {
            String response = "This is the APITest";
            t.sendResponseHeaders(200, response.length());
            OutputStream os = t.getResponseBody();
            os.write(response.getBytes());
            os.close();
        }
    }
}
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