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使用Java Socket手撸一个http服务器

日期:2018-12-30点击:419

原文连接:使用Java Socket手撸一个http服务器

作为一个java后端,提供http服务可以说是基本技能之一了,但是你真的了解http协议么?你知道知道如何手撸一个http服务器么?tomcat的底层是怎么支持http服务的呢?大名鼎鼎的Servlet又是什么东西呢,该怎么使用呢?

在初学java时,socket编程是逃不掉的一章;虽然在实际业务项目中,使用这个的可能性基本为0,本篇博文将主要介绍如何使用socket来实现一个简单的http服务器功能,提供常见的get/post请求支持,并再此过程中了解下http协议

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I. Http服务器从0到1

既然我们的目标是借助socket来搭建http服务器,那么我们首先需要确认两点,一是如何使用socket;另一个则是http协议如何,怎么解析数据;下面分别进行说明

1. socket编程基础

我们这里主要是利用ServerSocket来绑定端口,提供tcp服务,基本使用姿势也比较简单,一般套路如下

  • 创建ServerSocket对象,绑定监听端口
  • 通过accept()方法监听客户端请求
  • 连接建立后,通过输入流读取客户端发送的请求信息
  • 通过输出流向客户端发送乡音信息
  • 关闭相关资源

对应的伪代码如下:

ServerSocket serverSocket = new ServerSocket(port, ip) serverSocket.accept(); // 接收请求数据 socket.getInputStream(); // 返回数据给请求方 out = socket.getOutputStream() out.print(xxx) out.flush();; // 关闭连接 socket.close() 

2. http协议

我们上面的ServerSocket走的是TCP协议,HTTP协议本身是在TCP协议之上的一层,对于我们创建http服务器而言,最需要关注的无非两点

  • 请求的数据怎么按照http的协议解析出来
  • 如何按照http协议,返回数据

所以我们需要知道数据格式的规范了

请求消息

request headers

响应消息

respones headers

上面两张图,先有个直观映象,接下来开始抓重点

不管是请求消息还是相应消息,都可以划分为三部分,这就为我们后面的处理简化了很多

  • 第一行:状态行
  • 第二行到第一个空行:header(请求头/相应头)
  • 剩下所有:正文

3. http服务器设计

接下来开始进入正题,基于socket创建一个http服务器,使用socket基本没啥太大的问题,我们需要额外关注以下几点

  • 对请求数据进行解析
  • 封装返回结果

a. 请求数据解析

我们从socket中拿到所有的数据,然后解析为对应的http请求,我们先定义个Request对象,内部保存一些基本的HTTP信息,接下来重点就是将socket中的所有数据都捞出来,封装为request对象

@Data public static class Request { /** * 请求方法 GET/POST/PUT/DELETE/OPTION... */ private String method; /** * 请求的uri */ private String uri; /** * http版本 */ private String version; /** * 请求头 */ private Map<String, String> headers; /** * 请求参数相关 */ private String message; } 

根据前面的http协议介绍,解析过程如下,我们先看请求行的解析过程

请求行,包含三个基本要素:请求方法 + URI + http版本,用空格进行分割,所以解析代码如下

/** * 根据标准的http协议,解析请求行 * * @param reader * @param request */ private static void decodeRequestLine(BufferedReader reader, Request request) throws IOException { String[] strs = StringUtils.split(reader.readLine(), " "); assert strs.length == 3; request.setMethod(strs[0]); request.setUri(strs[1]); request.setVersion(strs[2]); } 

请求头的解析,从第二行,到第一个空白行之间的所有数据,都是请求头;请求头的格式也比较清晰, 形如 key:value, 具体实现如下

/** * 根据标准http协议,解析请求头 * * @param reader * @param request * @throws IOException */ private static void decodeRequestHeader(BufferedReader reader, Request request) throws IOException { Map<String, String> headers = new HashMap<>(16); String line = reader.readLine(); String[] kv; while (!"".equals(line)) { kv = StringUtils.split(line, ":"); assert kv.length == 2; headers.put(kv[0].trim(), kv[1].trim()); line = reader.readLine(); } request.setHeaders(headers); } 

最后就是正文的解析了,这一块需要注意一点,正文可能为空,也可能有数据;有数据时,我们要如何把所有的数据都取出来呢?

先看具体实现如下

/** * 根据标注http协议,解析正文 * * @param reader * @param request * @throws IOException */ private static void decodeRequestMessage(BufferedReader reader, Request request) throws IOException { int contentLen = Integer.parseInt(request.getHeaders().getOrDefault("Content-Length", "0")); if (contentLen == 0) { // 表示没有message,直接返回 // 如get/options请求就没有message return; } char[] message = new char[contentLen]; reader.read(message); request.setMessage(new String(message)); } 

注意下上面我的使用姿势,首先是根据请求头中的Content-Type的值,来获得正文的数据大小,因此我们获取的方式是创建一个这么大的char[]来读取流中所有数据,如果我们的数组比实际的小,则读不完;如果大,则数组中会有一些空的数据;

最后将上面的几个解析封装一下,完成request解析

/** * http的请求可以分为三部分 * * 第一行为请求行: 即 方法 + URI + 版本 * 第二部分到一个空行为止,表示请求头 * 空行 * 第三部分为接下来所有的,表示发送的内容,message-body;其长度由请求头中的 Content-Length 决定 * * 几个实例如下 * * @param reqStream * @return */ public static Request parse2request(InputStream reqStream) throws IOException { BufferedReader httpReader = new BufferedReader(new InputStreamReader(reqStream, "UTF-8")); Request httpRequest = new Request(); decodeRequestLine(httpReader, httpRequest); decodeRequestHeader(httpReader, httpRequest); decodeRequestMessage(httpReader, httpRequest); return httpRequest; } 

b. 请求任务HttpTask

每个请求,单独分配一个任务来干这个事情,就是为了支持并发,对于ServerSocket而言,接收到了一个请求,那就创建一个HttpTask任务来实现http通信

那么这个httptask干啥呢?

  • 从请求中捞数据
  • 响应请求
  • 封装结果并返回
public class HttpTask implements Runnable { private Socket socket; public HttpTask(Socket socket) { this.socket = socket; } @Override public void run() { if (socket == null) { throw new IllegalArgumentException("socket can't be null."); } try { OutputStream outputStream = socket.getOutputStream(); PrintWriter out = new PrintWriter(outputStream); HttpMessageParser.Request httpRequest = HttpMessageParser.parse2request(socket.getInputStream()); try { // 根据请求结果进行响应,省略返回 String result = ...; String httpRes = HttpMessageParser.buildResponse(httpRequest, result); out.print(httpRes); } catch (Exception e) { String httpRes = HttpMessageParser.buildResponse(httpRequest, e.toString()); out.print(httpRes); } out.flush(); } catch (IOException e) { e.printStackTrace(); } finally { try { socket.close(); } catch (IOException e) { e.printStackTrace(); } } } } 

对于请求结果的封装,给一个简单的进行演示

@Data public static class Response { private String version; private int code; private String status; private Map<String, String> headers; private String message; } public static String buildResponse(Request request, String response) { Response httpResponse = new Response(); httpResponse.setCode(200); httpResponse.setStatus("ok"); httpResponse.setVersion(request.getVersion()); Map<String, String> headers = new HashMap<>(); headers.put("Content-Type", "application/json"); headers.put("Content-Length", String.valueOf(response.getBytes().length)); httpResponse.setHeaders(headers); httpResponse.setMessage(response); StringBuilder builder = new StringBuilder(); buildResponseLine(httpResponse, builder); buildResponseHeaders(httpResponse, builder); buildResponseMessage(httpResponse, builder); return builder.toString(); } private static void buildResponseLine(Response response, StringBuilder stringBuilder) { stringBuilder.append(response.getVersion()).append(" ").append(response.getCode()).append(" ") .append(response.getStatus()).append("\n"); } private static void buildResponseHeaders(Response response, StringBuilder stringBuilder) { for (Map.Entry<String, String> entry : response.getHeaders().entrySet()) { stringBuilder.append(entry.getKey()).append(":").append(entry.getValue()).append("\n"); } stringBuilder.append("\n"); } private static void buildResponseMessage(Response response, StringBuilder stringBuilder) { stringBuilder.append(response.getMessage()); } 

c. http服务搭建

前面的基本上把该干的事情都干了,剩下的就简单了,创建ServerSocket,绑定端口接收请求,我们在线程池中跑这个http服务

public class BasicHttpServer { private static ExecutorService bootstrapExecutor = Executors.newSingleThreadExecutor(); private static ExecutorService taskExecutor; private static int PORT = 8999; static void startHttpServer() { int nThreads = Runtime.getRuntime().availableProcessors(); taskExecutor = new ThreadPoolExecutor(nThreads, nThreads, 0L, TimeUnit.MILLISECONDS, new LinkedBlockingQueue<>(100), new ThreadPoolExecutor.DiscardPolicy()); while (true) { try { ServerSocket serverSocket = new ServerSocket(PORT); bootstrapExecutor.submit(new ServerThread(serverSocket)); break; } catch (Exception e) { try { //重试 TimeUnit.SECONDS.sleep(10); } catch (InterruptedException ie) { Thread.currentThread().interrupt(); } } } bootstrapExecutor.shutdown(); } private static class ServerThread implements Runnable { private ServerSocket serverSocket; public ServerThread(ServerSocket s) throws IOException { this.serverSocket = s; } @Override public void run() { while (true) { try { Socket socket = this.serverSocket.accept(); HttpTask eventTask = new HttpTask(socket); taskExecutor.submit(eventTask); } catch (Exception e) { e.printStackTrace(); try { TimeUnit.SECONDS.sleep(1); } catch (InterruptedException ie) { Thread.currentThread().interrupt(); } } } } } } 

到这里,一个基于socket实现的http服务器基本上就搭建完了,接下来就可以进行测试了

4. 测试

做这个服务器,主要是基于项目 quick-fix 产生的,这个项目主要是为了解决应用内部服务访问与数据订正,我们在这个项目的基础上进行测试

一个完成的post请求如下

2.gif

接下来我们看下打印出返回头的情况

2.gif

II. 其他

0. 项目源码

  • quick-fix
  • 相关代码:
    • com.git.hui.fix.core.endpoint.BasicHttpServer
    • com.git.hui.fix.core.endpoint.HttpMessageParser
    • com.git.hui.fix.core.endpoint.HttpTask

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