搭個 Web 服務器（一）

 我相信，若是你想成爲一個更好的開發者，你必須對平常使用的軟件系統的內部結構有更深的理解，包括編程語言、編譯器與解釋器、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，你必須從頭開始，用一磚一瓦來從新構建這個系統。

一天，有一個正在散步的婦人剛好路過一個建築工地，看到三個正在工做的工人。她問第一我的：「你在作什麼？」第一我的沒好氣地喊道：「你沒看到我在砌磚嗎？」婦人對這個答案不滿意，因而問第二我的：「你在作什麼？」第二我的回答說：「我在建一堵磚牆。」說完，他轉向第一我的，跟他說：「嗨，你把牆砌過頭了。去把剛剛那塊磚弄下來！」然而，婦人對這個答案依然不滿意，因而又問了第三我的相同的問題。第三我的仰頭看着天，對她說：「我在建造世界上最大的教堂。」當他回答時，第一我的和第二我的在爲剛剛砌錯的磚而爭吵。他轉向那兩我的，說：「不用管那塊磚了。這堵牆在室內，它會被水泥填平，沒人會看見它的。去砌下一層吧。」

這個故事告訴咱們：若是你可以理解整個系統的構造，瞭解系統的各個部件如何相互結合（如磚、牆還有整個教堂），你就可以更快地定位及修復問題（那塊砌錯的磚）。

若是你想從頭開始創造一個 Web 服務器，那麼你須要作些什麼呢？

我相信，若是你想成爲一個更好的開發者，你必須對平常使用的軟件系統的內部結構有更深的理解，包括編程語言、編譯器與解釋器、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，你必須從頭開始，用一磚一瓦來從新構建這個系統。

荀子曾經用這幾句話來表達這種思想：

「不聞不若聞之。（I hear and I forget.）」

「聞之不若見之。（I see and I remember.）」

「知之不若行之。（I do and I understand.）」

我但願你如今可以意識到，從新建造一個軟件系統來了解它的工做方式是一個好主意。

在這個由三篇文章組成的系列中，我將會教你構建你本身的 Web 服務器。咱們開始吧~

先說首要問題：Web 服務器是什麼？

簡而言之，它是一個運行在一個物理服務器上的網絡服務器（啊呀，服務器套服務器），等待客戶端向其發送請求。當它接收請求後，會生成一個響應，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。

最簡單的 Web 服務器實現應該是什麼樣的呢？這裏我給出個人實現。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，或者直接從 GitHub 上下載這個文件。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：

說真的，快去試一試。你作實驗的時候，我會等着你的。

完成了？不錯！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，它們使用了所謂「套接字（socket）」。咱們如今不直接使用瀏覽器發送請求，而在命令行中使用 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：

咱們來解析它。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，你可使用瀏覽器或其它 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？」

我會在本系列的第二部分中來詳細講解。敬請期待。

順便，我在撰寫一本名爲《搭個 Web 服務器：從頭開始》的書。這本書講解了如何從頭開始編寫一個基本的 Web 服務器，裏面包含本文中沒有的更多細節。訂閱郵件列表，你就能夠獲取到這本書的最新進展，以及發佈日期。

本文轉載地址：https://www.linuxprobe.com/get-web-servers.html