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【系统设计】用python搭个web服务器玩玩(一)

内容预览:
  • 当它接收请求后,会生成响应,并回送至客户端~
  • 当你的浏览器收到响应后,就会显示其内容,在上面的例子中,它显示了“He...~
  • 你也可以试着输入一些无用内容而不是“GET /hello HTTP/1.1”,但你仍然会...~

如果你想成为一个优秀的开发者,你应该对日常使用的软件系统的内部结构有深入的理解,包括编程语言、数据库及操作系统、Web 服务器及 Web 框架。而且,为了更好更深入地理解这些系统,你应当从头开始,用一砖一瓦来重新构建这个系统。

在Ruslan的三篇系列文章中教我们如何从头开始创造一个简单的Web 服务器,来帮助大家更好的理解web服务器,本文主要是对Ruslan三篇文章的翻译以及加上自己的一些理解而成,希望能对大家有帮助,为了更好的理解本文,可以参考协议森林系列先生,要点单吗? (HTTP协议概览)(请戳我)


web服务器是什么


要构建自己的web服务器,首先要知道Web 服务器是什么?下面就是一个典型的web服务器,相信大家在生活中都使用过:

【系统设计】用python搭个web服务器玩玩(一)

简而言之,web服务器是一个运行的网络服务器(也就是一个软件),等待客户端向其发送请求。当它接收请求后,会生成响应,并回送至客户端。客户端和服务端之间通过 HTTP 协议来实现相互交流。客户端可以是你的浏览器,也可以是使用 HTTP 协议的其它任何软件,其实,在你看这篇公众号文章的时候,使用的就是web服务器提供的服务。


一个简单的web服务器实现


商用web服务器是很复杂的,动辄几十万行代码是很常见的,但是它也可以很简单,简单到几十行代码就能搞定。不信,看Ruslan先生的第一版web服务器代码。这个例子由 Python 写成,即使你没听说过 Python(它是一门超级容易上手的语言,快去试试看!),你也应该能够从代码及注释中理解其中的理念:

import socket
HOST, PORT = '', 8888
listen_socket = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
listen_socket.setsockopt(socket.SOL_SOCKET, socket.SO_REUSEADDR, 1)
listen_socket.bind((HOST, PORT))
listen_socket.listen(1)
print 'Serving HTTP on port %s ...' % PORT
while True:    client_connection, client_address = listen_socket.accept()    request = client_connection.recv(1024)    
   print request    http_response = """
HTTP/1.1 200 OK

Hello, World!"""
   client_connection.sendall(http_response)    client_connection.close()

将以上代码保存为 webserver1.py,然后,在命令行中运行这个程序。像这样:

$ python webserver1.py
Serving HTTP on port 8888 ...

现在,在你的网页浏览器的地址栏中输入 URL:http://localhost:8888/hello ,敲一下回车,然后来见证奇迹。你应该看到“Hello, World!”显示在你的浏览器中,就像下图那样:

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web服务器工作流程

现在我们来讨论一下它实际上是怎么工作的。首先我们从你刚刚输入的 Web 地址开始。它叫 URL,这是它的基本结构:

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URL 是一个 Web 服务器的地址,浏览器用这个地址来寻找并连接 Web 服务器,并将上面的内容返回给你。在你的浏览器能够发送 HTTP 请求之前,它需要与 Web 服务器建立一个 TCP 连接。然后会在TCP 连接中发送 HTTP 请求,并等待服务器返回 HTTP 响应。当你的浏览器收到响应后,就会显示其内容,在上面的例子中,它显示了“Hello, World!”。

我们来进一步探索在发送 HTTP 请求之前,客户端与服务器建立 TCP 连接的过程。为了建立链接,它们使用了socket(套接字)。我们现在不直接使用浏览器发送请求,而在命令行中用 telnet 来人工模拟这个过程。

在你运行 Web 服务器的电脑上,在命令行中建立一个 telnet 会话,指定一个本地域名,使用端口 8888,然后按下回车:

$ telnet localhost 8888
Trying 127.0.0.1 ...
Connected to localhost.

这个时候,你已经与运行在你本地主机的服务器建立了一个 TCP 连接。在下图中,你可以看到一个服务器从头开始,到能够建立 TCP 连接的基本过程。

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在同一个 telnet 会话中,输入 GET /hello HTTP/1.1然后输入回车:

$ telnet localhost 8888
Trying 127.0.0.1 ...Connected to localhost.
GET /hello HTTP/1.1

HTTP/1.1 200 OK
Hello, World!

你刚刚手动模拟了你的浏览器(的工作)!你发送了 HTTP 请求,并且收到了一个 HTTP 应答。下面是一个 HTTP 请求的基本结构:

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HTTP 请求的第一行由三部分组成:HTTP 方法GET,因为我们想让我们的服务器返回一些内容),以及标明所需页面的路径 /hello,还有协议版本

为了简单一些,我们刚刚构建的 Web 服务器完全忽略了上面的请求内容。你也可以试着输入一些无用内容而不是“GET /hello HTTP/1.1”,但你仍然会收到一个“Hello, World!”响应。

一旦你输入了请求行并敲了回车,客户端就会将请求发送至服务器;服务器读取请求行,就会返回相应的 HTTP 响应。

下面是服务器返回客户端(在上面的例子里是 telnet)的响应内容:

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这个响应由三部分组成:一个状态行 HTTP/1.1 200 OK,后面跟着一个空行,再下面是响应正文

HTTP 响应的状态行 HTTP/1.1 200 OK 包含了 HTTP 版本号HTTP 状态码200以及 HTTP 状态短语“OK”。当浏览器收到响应后,它会将响应正文显示出来,这也就是为什么你会在浏览器中看到“Hello, World!”。

以上就是 Web 服务器的基本工作模型。总结一下:Web 服务器创建一个处于监听状态的套接字,循环接收新的连接。客户端建立 TCP 连接成功后,会向服务器发送 HTTP 请求,然后服务器会以一个 HTTP 响应做应答,客户端会将 HTTP 的响应内容显示给用户。为了建立 TCP 连接,客户端和服务端均会使用套接字。

现在,你应该了解了 Web 服务器的基本工作方式,你可以使用浏览器或其它 HTTP 客户端进行试验。如果你尝试过、观察过,你应该也能够使用 telnet,人工编写 HTTP 请求,成为一个“人形” HTTP 客户端。

现在留一个小问题:“你要如何在不对程序做任何改动的情况下,在你刚刚搭建起来的 Web 服务器上适配 Django, Flask 或 Pyramid 应用呢?”将在本系列的第二部分中来详细讲解。


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原文始发于微信公众号(码农有道):【系统设计】用python搭个web服务器玩玩(一)

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