通过一个Socket例子理解Http协议

忘是亡心i 2022-08-06 12:20 220阅读 0赞

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 ][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：

<table> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td> <pre>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&amp;userID=javaID
</pre> </td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

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 ][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：

<table> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td> <pre>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

&lt;html&gt;
&lt;head&gt;
&lt;title&gt;HTTP应答示例&lt;/title&gt;&lt;/head&gt;&lt;body&gt;
Hello HTTP!
&lt;/body&gt;
&lt;/html&gt;
</pre> </td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

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：

<table> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td> <pre>public Socket(String host, int port)
</pre> </td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

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。

<table> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td> <pre>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();
</pre> </td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

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：

<table> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td> <pre>public ServerSocket(int port, int backLog, InetAddress bindingAddress);
</pre> </td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

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：

<table> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td> <pre>new ServerSocket(8080, 1, InetAddress.getByName("127.0.0.1"));
</pre> </td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

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：

<table> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td> <pre>public static final String WEB_ROOT =
    System.getProperty("user.dir") + File.separator  + "webroot";
</pre> </td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

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：

<table> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td> <pre>http://localhost:8080/index.html
</pre> </td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

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。

<table> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td> <pre>【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;
        }
    }
}
</pre> </td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

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：

<table> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td> <pre>GET /index.html HTTP/1.1
</pre> </td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

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：

<table> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td> <pre>【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&lt;i; j++) {
        request.append((char) buffer[j]);
    }

System.out.print(request.toString());
    uri   = parseUri(request.toString());
}
</pre> </td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

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。

<table> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td> <pre>【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 &gt; index1)
           return requestString.substring(index1 + 1, index2);
    }
    return null;
}
</pre> </td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

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：

<table> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td> <pre>public Response(OutputStream output) {
    this.output = output;
}
</pre> </td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

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：

<table> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td> <pre>【Response类的setRequest方法】

public void setRequest(Request request) {
    this.request = request;
}
</pre> </td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

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

<table> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td> <pre>【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" +
                "&lt;h1&gt;File Not Found&lt;/h1&gt;";
            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();
    }
}
</pre> </td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

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：

<table> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td> <pre>javac -d . src/*.java
</pre> </td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

“-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。  
  
　　图一  
  
![167948.gif][]  
  
　　同时，在Java控制台上，可以看到Web服务器的输出，如图二。  
  
　　图二  
  
![167949.gif][]

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

转载自：http://tech.163.com/tm/030531/030531\_95888.html

[RFC 2616]: http://www.w3.org/Protocols/HTTP/1.1/rfc2616.pdf
[URI]: http://www.ietf.org/rfc/rfc2396.txt
[167948.gif]: /images/20220806/043a874f799b4c688fcb5f396d4b2a38.png
[167949.gif]: /images/20220806/1785179644684fa688fbd81707c27a81.png