从零开始编写一个WEB服务器 - 基础
HTTP协议简介
WEB服务器是解析HTTP协议并根据HTTP请求的信息提供服务的应用程序,所以要编写一个WEB服务器首先需要了解HTTP协议。HTTP协议是 Hyper Text Transfer Protocol(超文本传输协议)
的缩写,是一个基于TCP/IP协议来传递数据的应用层协议,下面简单介绍一下HTTP协议的文法。
HTTP请求
根据RFC2616规定,HTTP请求的格式如下图:
在HTTP 请求中,第一行必须是一个请求行(request line),用来说明请求类型、要访问的资源以及使用的HTTP版本。紧接着是一个或者多个首部(header)小节,用来说明服务器要使用的附加信息。在首部之后是一个空行(CR+LF),再此之后可以添加任意的其他数据,称之为请求主体(body)。
下面示例是一个简单的HTTP请求:
GET / HTTP/1.1
Host: github.com
User-Agent: Mozilla/5.0 (Windows; U; Windows NT 5.1; en-US; rv:1.7.6)
Gecko/20050225 Firefox/1.0.1
Connection: Keep-Alive
请求行
请求行的格式如下图:
请求行首先要指定请求的方法名,方法名有:GET
、POST
、HEAD
、OPTIONS
、PUT
、DELETE
、TRACE
和 CONNECT
这8种,比较常用的有GET和POST方法。
- 方法名后面是要请求的URI(统一资源标识符),是用于标识资源名称的字符串,我们可以通过URI来确认用户要请求服务器上的哪些资源。
- URI后面是HTTP的版本号,用于指定请求使用HTTP协议版本。常用的版本有HTTP/1.0、HTTP/1.1以及近年才发布的HTTP/2.0,由于HTTP/1.1是现在最流行的的版本,所以本书主要以HTTP/1.1作为实现版本。
请求首部
请求首部的格式如下图:
请求首部是由首部字段名和字段值组成,字段名与字段值之间使用 冒号 分割。请求首部的作用是用于指定请求的行为和属性,例如:可以通过 Connection
请求首部来告诉Web服务器,客户端是否希望与服务端保持长连接。
Connection: Keep-Alive
上面示例中,首部字段名为 Connection
,字段值为 Keep-Alive
。其作用是告诉Web服务器客户端需要保持长连接。
请求主体
请求主体主要用于发送请求的数据,比如 POST 请求的参数、上传文件的内容等。可以通过 Content-Type
请求首部来指定请求主体的数据类型,比如可以通过下面的请求首部来指定请求主体的数据类型为 JSON
:
Content-Type: application/json
HTTP响应
HTTP 响应与 HTTP 请求相似,HTTP响应也由3个部分构成,分别是:
- 状态行
- 响应头
- 响应正文
如下图所示:
状态行
状态行由协议版本、数字形式的状态码、及相应的状态描述组成,各元素之间以空格分隔。如下图:
常见的状态码有如下几种:
-
200 OK
客户端请求成功 -
301 Moved Permanently
请求永久重定向 -
302 Moved Temporarily
请求临时重定向 -
304 Not Modified
文件未修改,可以直接使用缓存的文件。 -
400 Bad Request
由于客户端请求有语法错误,不能被服务器所理解。 -
401 Unauthorized
请求未经授权。这个状态代码必须和WWW-Authenticate报头域一起使用 -
403 Forbidden
服务器收到请求,但是拒绝提供服务。服务器通常会在响应正文中给出不提供服务的原因 -
404 Not Found
请求的资源不存在,例如,输入了错误的URL -
500 Internal Server Error
服务器发生不可预期的错误,导致无法完成客户端的请求。 -
503 Service Unavailable
服务器当前不能够处理客户端的请求,在一段时间之后,服务器可能会恢复正常。
下面是一个HTTP响应的例子:
HTTP/1.1 200 OK
Server: Apache Tomcat/5.0.12
Date: Mon,6Oct2003 13:23:42 GMT
Content-Length: 112
<html>
...
</html>
因为HTTP协议是个比较庞大的协议,不可能在本章完全把其阐述清楚,所以以后用到的时候再详细介绍。
Go网络编程
由于WEB服务器一般使用 TCP协议
作为传输层协议,所以本节主要介绍怎么使用Go语言的 net
包来进行TCP编程。
TCP 的 C/S 架构
一般来说,编写 C/S(Client/Server) 架构的程序都有比较统一的模式,如下图所示:
TCP服务器首先调用 net
包的 Listen()
函数创建一个监听端口的 Listener
对象,然后通过调用 Listener
对象的 Accept()
方法来接收客户端连接。Accept()
方法会返回一个 Conn
对象(客户端连接),然后就可以通过调用 Conn
对象的 Read() / Write()
方法来对客户端连接进行读写操作。
下面通过一个例子来介绍怎么使用 net
包来编写一个TCP服务端程序:
package main
import (
"fmt"
"net"
)
func main() {
// 监听8080端口
listen, err := net.Listen("tcp", "127.0.0.1:8080")
if err != nil {
fmt.Println("err = ", err)
return
}
defer listen.Close()
// 阻塞等待用户链接
conn, err := listen.Accept()
if err != nil {
fmt.Println("err = ", err)
return
}
buf := make([]byte, 1024)
n, err := conn.Read(buf) // 读取客户端请求数据
if err != nil {
fmt.Println("err = ", err)
return
}
fmt.Println("buf = ", string(buf[:n])) // 打印客户端请求
defer conn.Close()
}
我们把上面程序编译后运行,然后通过浏览器访问 http://127.0.0.1:8080
,服务器会打印以下结果:
buf = GET / HTTP/1.1
Host: localhost:8080
Connection: keep-alive
Cache-Control: max-age=0
Upgrade-Insecure-Requests: 1
User-Agent: Mozilla/5.0 (Windows NT 10.0; Win64; x64) AppleWebKit/537.36 (KHTML, like Gecko) Chrome/79.0.3945.130 Safari/537.36
Sec-Fetch-User: ?1
Accept: text/html,application/xhtml+xml,application/xml;q=0.9,image/webp,image/apng,*/*;q=0.8,application/signed-exchange;v=b3;q=0.9
Sec-Fetch-Site: none
Sec-Fetch-Mode: navigate
Accept-Encoding: gzip, deflate, br
Accept-Language: zh-TW,zh;q=0.9,en-US;q=0.8,en;q=0.7
上面的输出结果就是HTTP请求的数据,WEB服务器就是通过解析HTTP请求,然后根据不同的HTTP请求来进行相应的操作。
一个简单WEB服务器
最后,我们通过一个编写一个简单的WEB服务器来结束本章。这个WEB服务器只返回一条信息:“This is simple WEB server
”。
按照上面C/S架构的例子,我们先编写大概的服务端骨架:
package main
import (
"fmt"
"net"
)
func connResp(conn net.Conn) {
}
func main() {
// 监听8080端口
listen, err := net.Listen("tcp", "127.0.0.1:8080")
if err != nil {
fmt.Println("err = ", err)
return
}
defer listen.Close()
// 无限循环
for {
// 阻塞等待用户链接
conn, err := listen.Accept()
if err != nil {
fmt.Println("err = ", err)
return
}
buf := make([]byte, 1024)
n, err := conn.Read(buf) // 读取客户端请求数据
if err != nil {
fmt.Println("err = ", err)
return
}
fmt.Println("buf = ", string(buf[:n])) // 打印客户端请求
connResp(conn) // 返回数据给客户端连接
}
}
在上面的代码中,我们首先通过调用 net.Listen()
方法来创建一个 Listener
对象来监听 8080
端口,然后在一个无限循环中调用 Listener
对象的 Accept()
方法来接收客户端连接,Accept()
方法返回一个 Conn
对象。接着通过调用 Conn
对象的 Read()
方法来读取客户端连接的HTTP请求,然后通过调用 connResp()
函数来返回数据给客户端请求。
注意:为什么要在无限循环中接收客户端连接呢?因为如果不在无限循环中接收客户端连接,那么程序处理完一个请求后便会退出进程。
注意到上面的 connResp()
函数还没有进行任何处理,所以我们需要继续编程返回数据的逻辑代码,如下:
func connResp(conn net.Conn) {
httpResp := "HTTP/1.1 200 OKrn" // 状态行
httpResp += "Connection: closedrn" // 响应头
httpResp += "rn" // 空行
httpResp += "This is simple WEB server" // 响应正文
conn.Write([]byte(httpResp))
conn.Close()
}
上面的代码构建了HTTP响应数据,然后通过调用 Conn
对象的 Write()
方法把响应数据发送给客户端。我们编译并运行上面的程序,然后通过浏览器访问 http://127.0.0.1:8080
,服务器就会返回 “This is simple WEB server
” 消息给浏览器。
当然,现在这个服务器并没有什么作用,因为并不能根据我们的HTTP请求来进行不同的处理,但我们可以通过这个程序来了解到浏览器和WEB服务器之间是怎么通讯的,接下来的章节主要在这个程序的基础上不断完善,从而实现一个完整的WEB服务器。
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