【系統設計】用python搭個web服務器玩玩（一）

若是你想成爲一個優秀的開發者，你應該對平常使用的軟件系統的內部結構有深刻的理解，包括編程語言、數據庫及操做系統、Web 服務器及 Web 框架。並且，爲了更好更深刻地理解這些系統，你應當從頭開始，用一磚一瓦來從新構建這個系統。

在Ruslan的三篇系列文章中教咱們如何從頭開始創造一個簡單的Web 服務器，來幫助你們更好的理解web服務器，本文主要是對Ruslan三篇文章的翻譯以及加上本身的一些理解而成，但願能對你們有幫助，爲了更好的理解本文，能夠參考協議森林系列先生，要點單嗎? (HTTP協議概覽)（請戳我）

web服務器是什麼

要構建本身的web服務器，首先要知道Web 服務器是什麼？下面就是一個典型的web服務器，相信你們在生活中都使用過：

簡而言之，web服務器是一個運行的網絡服務器（也就是一個軟件），等待客戶端向其發送請求。當它接收請求後，會生成響應，並回送至客戶端。客戶端和服務端之間經過 HTTP 協議來實現相互交流。客戶端能夠是你的瀏覽器，也能夠是使用 HTTP 協議的其它任何軟件，其實，在你看這篇公衆號文章的時候，使用的就是web服務器提供的服務。

一個簡單的web服務器實現

商用web服務器是很複雜的，動輒幾十萬行代碼是很常見的，可是它也能夠很簡單，簡單到幾十行代碼就能搞定。不信，看Ruslan先生的初版web服務器代碼。這個例子由 Python 寫成，即便你沒據說過 Python（它是一門超級容易上手的語言，快去試試看！），你也應該可以從代碼及註釋中理解其中的理念：

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()

將以上代碼保存爲 webserver1.py，而後，在命令行中運行這個程序。像這樣：

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

如今，在你的網頁瀏覽器的地址欄中輸入 URL：http://localhost:8888/hello ，敲一下回車，而後來見證奇蹟。你應該看到「Hello, World!」顯示在你的瀏覽器中，就像下圖那樣：

web服務器工做流程
如今咱們來討論一下它其實是怎麼工做的。首先咱們從你剛剛輸入的 Web 地址開始。它叫 URL，這是它的基本結構：

URL 是一個 Web 服務器的地址，瀏覽器用這個地址來尋找並鏈接 Web 服務器，並將上面的內容返回給你。在你的瀏覽器可以發送 HTTP 請求以前，它須要與 Web 服務器創建一個 TCP 鏈接。而後會在TCP 鏈接中發送 HTTP 請求，並等待服務器返回 HTTP 響應。當你的瀏覽器收到響應後，就會顯示其內容，在上面的例子中，它顯示了「Hello, World!」。

咱們來進一步探索在發送 HTTP 請求以前，客戶端與服務器創建 TCP 鏈接的過程。爲了創建連接，它們使用了socket(套接字)。咱們如今不直接使用瀏覽器發送請求，而在命令行中用 telnet 來人工模擬這個過程。

在你運行 Web 服務器的電腦上，在命令行中創建一個 telnet 會話，指定一個本地域名，使用端口 8888，而後按下回車：

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

這個時候，你已經與運行在你本地主機的服務器創建了一個 TCP 鏈接。在下圖中，你能夠看到一個服務器從頭開始，到可以創建 TCP 鏈接的基本過程。

在同一個 telnet 會話中，輸入 GET /hello HTTP/1.1，而後輸入回車：

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

HTTP/1.1 200 OK
Hello, World!

你剛剛手動模擬了你的瀏覽器（的工做）！你發送了 HTTP 請求，而且收到了一個 HTTP 應答。下面是一個 HTTP 請求的基本結構：

HTTP 請求的第一行由三部分組成：HTTP 方法（GET，由於咱們想讓咱們的服務器返回一些內容），以及標明所需頁面的路徑 /hello，還有協議版本。

爲了簡單一些，咱們剛剛構建的 Web 服務器徹底忽略了上面的請求內容。你也能夠試着輸入一些無用內容而不是「GET /hello HTTP/1.1」，但你仍然會收到一個「Hello, World!」響應。

一旦你輸入了請求行並敲了回車，客戶端就會將請求發送至服務器；服務器讀取請求行，就會返回相應的 HTTP 響應。

下面是服務器返回客戶端（在上面的例子裏是 telnet）的響應內容：

這個響應由三部分組成：一個狀態行 HTTP/1.1 200 OK，後面跟着一個空行，再下面是響應正文。

HTTP 響應的狀態行 HTTP/1.1 200 OK 包含了 HTTP 版本號，HTTP 狀態碼200以及 HTTP 狀態短語「OK」。當瀏覽器收到響應後，它會將響應正文顯示出來，這也就是爲何你會在瀏覽器中看到「Hello, World!」。

以上就是 Web 服務器的基本工做模型。總結一下：Web 服務器建立一個處於監聽狀態的套接字，循環接收新的鏈接。客戶端創建 TCP 鏈接成功後，會向服務器發送 HTTP 請求，而後服務器會以一個 HTTP 響應作應答，客戶端會將 HTTP 的響應內容顯示給用戶。爲了創建 TCP 鏈接，客戶端和服務端均會使用套接字。

如今，你應該瞭解了 Web 服務器的基本工做方式，你能夠使用瀏覽器或其它 HTTP 客戶端進行試驗。若是你嘗試過、觀察過，你應該也可以使用 telnet，人工編寫 HTTP 請求，成爲一個「人形」 HTTP 客戶端。

如今留一個小問題：「你要如何在不對程序作任何改動的狀況下，在你剛剛搭建起來的 Web 服務器上適配 Django, Flask 或 Pyramid 應用呢？」將在本系列的第二部分中來詳細講解。

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