实战WEB 服务器(JAVA编写WEB服务器)

作者: nick 分类: java 发布时间: 2010-11-21 06:27 ė 61条评论

一、超文本传输协议

1.1 HTTP请求

1.2 HTTP应答

二、Socket类

三、ServerSocket类

四、Web服务器实例

4.1 HttpServer类

4.2 Request类

4.3 Response类

五、编译和运行

===================

正文:

===================

Web服务器与客户端的通信使用HTTP协议(超文本传输协议),所以也叫做HTTP服务器。用Java构造Web服务器主要用二个 类,java.net.Socket和java.net.ServerSocket,来实现HTTP通信。因此,本文首先要讨论的是HTTP协议和这两个 类,在此基础上实现一个简单但完整的Web服务器。

一、超文本传输协议

Web服务器和浏览器通过HTTP协议在Internet上发送和接收消息。HTTP协议是一种请求-应答式的协议——客户端发送一个请求,服务器返回该 请求的应答。HTTP协议使用可靠的TCP连接,默认端口是80。HTTP的第一个版本是HTTP/0.9,后来发展到了HTTP/1.0,现在最新的版 本是HTTP/1.1。HTTP/1.1由 RFC 2616 定义(pdf格式)。

本文只简要介绍HTTP 1.1的相关知识,但应该足以让你理解Web服务器和浏览器发送的消息。如果你要了解更多的细节,请参考RFC 2616。

在HTTP中,客户端/服务器之间的会话总是由客户端通过建立连接和发送HTTP请求的方式初始化,服务器不会主动联系客户端或要求与客户端建立连接。 浏览器和服务器都可以随时中断连接,例如,在浏览网页时你可以随时点击“停止”按钮中断当前的文件下载过程,关闭与Web服务器的HTTP连接。

1.1 HTTP请求

HTTP请求由三个部分构成,分别是:方法-URI-协议/版本,请求头,请求正文。下面是一个HTTP请求的例子:

GET /servlet/default.jsp HTTP/1.1
Accept: text/plain; text/html
Accept-Language: en-gb
Connection: Keep-Alive
Host: localhost
Referer: http://localhost/ch8/SendDetails.htm
User-Agent: Mozilla/4.0 (compatible; MSIE 4.01; Windows 98)
Content-Length: 33
Content-Type: application/x-www-form-urlencoded
Accept-Encoding: gzip, deflate 

userName=JavaJava&userID=javaID

请求的第一行是“方法-URI-协议/版本”,其中GET就是请求方法,/servlet/default.jsp表示 URI,HTTP/1.1是协议和协议的版本。根据HTTP标准,HTTP请求可以使用多种请求方法。例如,HTTP 1.1支持七种请求方法:GET,POST,HEAD,OPTIONS,PUT,DELETE,和TRACE。在Internet应用中,最常用的请求方 法是GET和POST。

URI完整地指定了要访问的网络资源,通常认为它相对于服务器的根目录而言,因此总是以“/”开头。URL实际上是URI 一种类型。最后,协议版本声明了通信过程中使用的HTTP协议的版本。

请求头包含许多有关客户端环境和请求正文的有用信息。例如,请求头可以声明浏览器所用的语言,请求正文的长度,等等,它们之间用一个回车换行符号(CRLF)分隔。

请求头和请求正文之间是一个空行(只有CRLF符号的行),这个行非常重要,它表示请求头已经结束,接下来的是请求的正文。一些介绍Internet编程的书籍把这个CRLF视为HTTP请求的第四个组成部分。

在前面的HTTP请求中,请求的正文只有一行内容。当然,在实际应用中,HTTP请求正文可以包含更多的内容。

1.2 HTTP应答

和HTTP请求相似,HTTP应答也由三个部分构成,分别是:协议-状态代码-描述,应答头,应答正文。下面是一个HTTP应答的例子:

HTTP/1.1 200 OK
Server: Microsoft-IIS/4.0
Date: Mon, 3 Jan 1998 13:13:33 GMT
Content-Type: text/html
Last-Modified: Mon, 11 Jan 1998 13:23:42 GMT
Content-Length: 112

<html>
<head>
<title>HTTP应答示例</title></head><body>
Hello HTTP!
</body>
</html>

HTTP应答的第一行类似于HTTP请求的第一行,它表示通信所用的协议是HTTP 1.1,服务器已经成功地处理了客户端发出的请求(200表示成功),一切顺利。

应答头也和请求头一样包含许多有用的信息,例如服务器类型、日期时间、内容类型和长度等。应答的正文就是服务器返回的HTML页面。应答头和正文之间也用CRLF分隔。

二、Socket类

Socket代表着网络连接的一个端点,应用程序通过该端点向网络发送或从网络读取数据。位于两台不同机器上的应用软件通过网络连接发送和接收字节流, 从而实现通信。要把消息发送给另一个应用,首先要知道对方的IP地址以及其通信端点的端口号。在Java中,通信端点由java.net.Socket类 表示。

Socket类有许多构造函数,其中一个构造函数的参数是主机名称和端口号:

public Socket(String host, int port)

host是远程机器的名字或IP地址,port是远程应用的端口号。例如,如果要连接到yahoo.com的80端口,我们可以用“new Socket(“yahoo.com”, 80);”语句构造一个Socket。

成功创建了Socket类的实例之后,我们就可以用它来发送和接收字节流形式的数据。要发送字节流,首先要调用Socket类的 getOutputStream方法获得一个java.io.OutputStream对象;为了向远程应用发送文本数据,我们经常要从返回的 OutputStream对象构造一个java.io.PrintWriter对象。要从连接的另一端接收字节流,首先要调用Socket类的 getInputStream方法获得一个java.io.InputStream对象。

例如,下面的代码片断创建一个与本地HTTP服务器(127.0.0.1代表本地主机的IP地址)通信的Socket,发送一个HTTP请求,准备接收服务器的应答。它创建了一个StringBuffer对象来保存应答,然后把应答输出到控制台。

Socket socket    = new Socket("127.0.0.1", "8080");
OutputStream os   = socket.getOutputStream();
boolean autoflush = true;
PrintWriter out   = new PrintWriter( socket.getOutputStream(), autoflush );
BufferedReader in = new BufferedReader(
    new InputStreamReader( socket.getInputStream() ));

// 向Web服务器发送一个HTTP请求
out.println("GET /index.jsp HTTP/1.1");
out.println("Host: localhost:8080");
out.println("Connection: Close");
out.println();

// 读取服务器的应答
boolean loop    = true;
StringBuffer sb = new StringBuffer(8096);

while (loop) {
    if ( in.ready() ) {
        int i=0;
        while (i!=-1) {
            i = in.read();
            sb.append((char) i);
        }
        loop = false;
    }
    Thread.currentThread().sleep(50);
}

// 把应答显示到控制台
System.out.println(sb.toString());
socket.close();

注意,为了保证Web服务器能够返回正确的应答,客户端发送的HTTP请求应该遵从双方约定的HTTP协议版本。

三、ServerSocket类

Socket类代表的是“客户”通信端点,它是一个连接远程服务器应用时临时创建的端点。对于服务器应用,例如HTTP服务器或FTP服务器,我们需要另一种端点,因为我们不知道客户端应用什么时候会试图连接服务器,服务器必须一直处于等待连接的状态。

因此,对于服务器端的通信端点,我们要使用java.net.ServerSocker类。ServerSocket等待来自客户端的连接请求;一旦接收到请求,ServerSocket创建一个Socket实例来处理与该客户端的通信。

ServerSocket提供了四个构造函数。创建ServerSocket的实例时,我们必须指定监听客户端消息的IP地址(称为“绑定地 址”,Binding Address)和端口。通常情况下,这个IP地址总是127.0.0.1,也就是说服务器端点将在本地机器上监听。服务器端点的另一个重要属性是它的 backlog值,这是保存客户端连接请求的最大队列长度,一旦超越这个长度,服务器端点开始拒绝客户端的连接请求。

下面是ServerSocket类构造函数的其中一种形式:

public ServerSocket(int port, int backLog, InetAddress bindingAddress);

这个构造函数要求绑定地址必须是一个java.net.InetAddress的实例。要构造一个InetAddress对 象,一种简单的办法是调用它的静态getByName方法,传入一个表示主机名称/地址的String。例如,下面的代码构造了一个在本地机器的8080 端口监听的ServerSocket,它的backlog值是1:

new ServerSocket(8080, 1, InetAddress.getByName("127.0.0.1"));

创建好ServerSocket实例之后,调用它的accept方法,要求它等待传入的连接请求。只有出现了连接请求时,accept方法才会返回,它的返回值是一个Socket类的实例。随后,这个Socket对象就可以用来与客户端应用通信。

四、Web服务器实例

本文的Web服务器由三个类构成,分别是:HttpServer,Request ,Response。

应用的入口点(static main方法)在HttpServer类。main方法创建一个HttpServer实例,然后调用await方法。从await方法的名字也可以看出, 它的功能是在指定的端口上等待HTTP请求,然后处理请求,把处理的结果返回给客户端。除非收到了关闭服务器的命令,否则await将一直保持等待客户端 请求的状态。(之所以用await而不是wait作为方法名,是因为wait是System.Object类中一个用来操作线程的重要方法)。

本文的Web服务器只能发送指定目录下的静态资源,例如HTML和图形文件。它不支持头信息(例如日期时间、Cookie等)。

4.1 HttpServer类

HttpServer类代表一个Web服务器,提供由WEB_ROOT变量指定的目录及其子目录下的静态资源。WEB_ROOT用下面的语句初始化:

public static final String WEB_ROOT =
    System.getProperty("user.dir") + File.separator  + "webroot";

本文最后的下载代码包中有一个webroot目录,它里面有一些静态Web页面,可用来测试本文的服务器。要打开webroot目录下的静态页面,在浏览器的地址栏输入URL:http://machineName:port/staticResource。

如果运行Web服务器的机器和浏览器所在的机器不同,machineName必须是Web服务器所在机器的IP地址或名称;如果浏览器和Web服务器在 同一台机器上运行,machineName也可以是localhost。port是8080,staticResource是要请求的资源(页面)文件名 称。

例如,假设我们在同一台机器上运行Web服务器和浏览器,如果要求HttpServer返回index.html文件,则URL是:

http://localhost:8080/index.html

要关闭Web服务器,在浏览器的地址栏输入一个预定义的关闭命令,即在URL的“主机名称:端口”之后,加上 SHUTDOWN_COMMAND变量定义的字符。假设SHUTDOWN_COMMAND变量的值是“/SHUTDOWN”,我们可以在浏览器地址栏输入 “http://localhost:8080/SHUTDOWN”关闭Web服务器。

下面我们来看看await方法的代码,代码的说明随后给出。

【HttpServer类的await方法】

public void await() {
    ServerSocket serverSocket = null;
    int port = 8080;
    try {
        serverSocket =  new ServerSocket(port, 1,
        InetAddress.getByName("127.0.0.1"));
    }
    catch (IOException e) {
        e.printStackTrace();
        System.exit(1);
    }

    // 循环,等待客户端发来的请求
    while (!shutdown) {
        Socket socket = null;
        InputStream input = null;
        OutputStream output = null;
        try {
            socket = serverSocket.accept();
            input = socket.getInputStream();
            output = socket.getOutputStream();
            // 创建Request对象并予以解析
            Request request = new Request(input);
            request.parse();
            // 创建Response对象
            Response response = new Response(output);
            response.setRequest(request);
            response.sendStaticResource();
            // 关闭Socket
            socket.close();
            // 检查该URI是否为关闭服务器的命令
            shutdown = request.getUri().equals(SHUTDOWN_COMMAND);
        }
        catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
            continue;
        }
    }
}

await方法首先创建一个ServerSocket实例,然后进入while循环等待来自客户端的请求。while循环里面 的代码会在执行ServerSocket的accept方法时等待,直到8080端口收到一个HTTP请求。然后,从accept返回的Socket获得 一个java.io.InputStream和一个java.io.OutputStream。接下来,await方法创建一个Request对象,调用 parse方法解析原始的HTTP请求。接着,await方法又创建一个Response对象,把前面创建的Request对象传递给它,调用它的 sendStaticRessource方法。

最后,await方法关闭Socket,调用Request方法的getUri方法,查检该HTTP请求的URI是否为一个关闭服务器的命令。如果是,把shutdown变量的值设置为true,while循环结束。

4.2 Request类

Request类代表一个HTTP请求。创建Request类的实例时要传入一个从负责与客户端通信的Socket获得的InputStream对象。调用InputStream对象的其中一个read方法可获得HTTP请求的原始数据。

Request类有两个公用方法parse和getUri。parse方法解析HTTP请求中的原始数据,其实它的功能并不多——它唯一提取的信息是 HTTP请求的URI,通过调用私有的parseUri方法获得。parseUri把Uri保存在uri变量中。调用公用的getUri方法可返回 HTTP请求的URI。

要理解parse和parseUri的工作原理,首先要理解HTTP请求的结构,参见本文前面内容以及 RFC 2616。如前所述,HTTP请求包含三个部分,现在我们感兴趣的是第一部分,即所谓的“请求行”,包括请求方法、URI和协议版本,最后是一个CRLF 字符。请求行里面的各个部分由空格分隔,例如,用GET方法请求index.html文件的请求行是:

GET /index.html HTTP/1.1

parse方法读取传递给Request对象的InputStream的整个字节流,把字节数据保存到缓冲区,然后利用 buffer字节数组中的内容填写一个称为request的StringBuffer对象,把该StringBuffer的String描述传递给 parseUri方法。parse方法的代码如下所示:

【Request类的parse方法】

public void parse() {
    // 从Socket读取一组数据
    StringBuffer request = new StringBuffer(2048);
    int i;
    byte[] buffer = new byte[2048];

    try {
        i = input.read(buffer);
    }
    catch (IOException e) {
        e.printStackTrace();
        i = -1;
    }

    for (int j=0; j<i; j++) {
        request.append((char) buffer[j]);
    }

    System.out.print(request.toString());
    uri   = parseUri(request.toString());
}

parseUri从请求行获得URI,下面给出了parseUri方法的代码。parseUri方法搜索请求中的第一、二两个空格字符,提取出URI。

【Request类的parseUri方法】
private String parseUri(String requestString) {
    int index1, index2;
    index1 = requestString.indexOf(' ');

    if (index1 != -1) {
        index2 = requestString.indexOf(' ', index1 + 1);
        if (index2 > index1)
           return requestString.substring(index1 + 1, index2);
    }
    return null;
}

4.3 Response类

Response类代表一个HTTP应答。它的构造函数要求指定一个OutputStream对象,例如:

public Response(OutputStream output) {
    this.output = output;
}

Response类有两个公用方法:setRequest和sendStaticResource。setRequest方法用来把Request对象传递给Response对象,很简单,如下所示:

【Response类的setRequest方法】

public void setRequest(Request request) {
    this.request = request;
}

sendStaticResource方法用来发送静态资源,如HTML文件等。它的实现如下所示:

【Response类的sendStaticResource方法】

public void sendStaticResource() throws IOException {
    byte[] bytes = new byte[BUFFER_SIZE];
    FileInputStream fis = null;

    try {
        File file  = new File(HttpServer.WEB_ROOT, request.getUri());
        if (file.exists()) {
            fis = new FileInputStream(file);
            int ch = fis.read(bytes, 0, BUFFER_SIZE);

            while (ch != -1) {
                output.write(bytes, 0, ch);
                ch = fis.read(bytes, 0, BUFFER_SIZE);
            }
        }
        else {
            // 找不到文件
            String errorMessage = "HTTP/1.1 404 File Not Found\r\n" +
                "Content-Type: text/html\r\n" +
                "Content-Length: 23\r\n" +
                "\r\n" +
                "<h1>File Not Found</h1>";
            output.write(errorMessage.getBytes());
        }
    }
    catch (Exception e) {
        // 如不能实例化File对象,抛出异常。
        System.out.println(e.toString() );
    }
    finally {
        if (fis != null)
            fis.close();
    }
}

sendStaticResource方法首先创建一个java.io.File类的实例,在调用File类构造函数时指定了 Web服务器的根目录和请求的目标URI。然后,sendStaticResource 检查用户请求的文件是否存在,如存在,它在该File对象的基础上创建一个java.io.FileInputStream对象,然后调用 FileInputStream的read方法,把读取的字节数组写入到OutputStream输出。如果用户请求的文件不存 在,sendStaticResource方法向浏览器发送一个错误信息。

五、编译和运行

下载本文后面提供的zip文件,解开压缩。解开压缩时你指定的目标目录称为“工作目录”。工作目录下有二个子目录:src,webroot。webroot目录下包含一些示例页面。在工作目录下执行下面的命令编译Web服务器:

javac -d . src/*.java

“-d .”选项表示把编译结果保存到当前目录(即工作目录),而不是保存到src目录。执行java HttpServer就可以启动Web服务器。

假设浏览器和Web服务器运行在同一台机器上,打开浏览器,输入URL:http://localhost:8080/index.html。浏览器显示出图一所示的页面。

结束语:本文通过开发一个简单的JavaWeb服务器,介绍了Web服务器的基本工作原理。虽然本文开发的Web服务器不具备复杂的功能,但它足以作为一个不错的学习工具。
完整代码如下:

package http;

import java.net.Socket;
import java.net.ServerSocket;
import java.net.InetAddress;
import java.io.InputStream;
import java.io.OutputStream;
import java.io.IOException;
import java.io.File;

public class HttpServer {

  /** WEB_ROOT is the directory where our HTML and other files reside.
   *  For this package, WEB_ROOT is the "webroot" directory under the working
   *  directory.
   *  The working directory is the location in the file system
   *  from where the java command was invoked.
   */
  public static final String WEB_ROOT =
    System.getProperty("user.dir") + File.separator  + "webroot";

  // shutdown command
  private static final String SHUTDOWN_COMMAND = "/SHUTDOWN";

  // the shutdown command received
  private boolean shutdown = false;

  public static void main(String[] args) {
    HttpServer server = new HttpServer();
    server.await();
  }

  public void await() {
    ServerSocket serverSocket = null;
    int port = 8080;
    try {
      serverSocket =  new ServerSocket(port, 1, InetAddress.getByName("127.0.0.1"));
    }
    catch (IOException e) {
      e.printStackTrace();
      System.exit(1);
    }

    // Loop waiting for a request
    while (!shutdown) {
      Socket socket = null;
      InputStream input = null;
      OutputStream output = null;
      try {
        socket = serverSocket.accept();
        input = socket.getInputStream();
        output = socket.getOutputStream();

        // create Request object and parse
        Request request = new Request(input);
        request.parse();

        // create Response object
        Response response = new Response(output);
        response.setRequest(request);
        response.sendStaticResource();

        // Close the socket
        socket.close();

        //check if the previous URI is a shutdown command
        shutdown = request.getUri().equals(SHUTDOWN_COMMAND);
      }
      catch (Exception e) {
        e.printStackTrace();
        continue;
      }
    }
  }
}
package http;

import java.io.InputStream;
import java.io.IOException;

public class Request {

  private InputStream input;
  private String uri;

  public Request(InputStream input) {
    this.input = input;
  }

  public void parse() {
    // Read a set of characters from the socket
    StringBuffer request = new StringBuffer(2048);
    int i;
    byte[] buffer = new byte[2048];
    try {
      i = input.read(buffer);
    }
    catch (IOException e) {
      e.printStackTrace();
      i = -1;
    }
    for (int j=0; j index1)
        return requestString.substring(index1 + 1, index2);
    }
    return null;
  }

  public String getUri() {
    return uri;
  }

}

原文:http://blog.csdn.net/turkeyzhou/archive/2010/04/21/5512348.aspx

本文出自 传播、沟通、分享,转载时请注明出处及相应链接。

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