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计网实验A3：简单的web服务器

计网实验A3：简单的web服务器

实验介绍

首先学习面向TCP连接的套接字编程基础知识：如何创建套接字，将其绑定到特定的地址和端口，以及发送和接收数据包。其次还将学习 HTTP 协议格式的相关知识。在此基础上，本实验开发一个简单的 Web 服务器，它仅能处理一个HTTP连接请求。

实验功能要求

Web 服务器的基本功能是接受并解析客户端的 HTTP 请求，然后从服务器的文件系统获取所请求的文件，生成一个由头部和响应文件内容所构成成的 HTTP 响应消息，并将该响应消息发送给客户端。如果请求的文件不存在于服务器中，则服务器应该向客户端发送“404 Not Found”差错报文。具体的过程和步骤分为：

当一个客户（浏览器）连接时，创建一个连接套接字；
从这个连接套接字接收 HTTP 请求；
解释该请求以确定所请求的特定文件；
从服务器的文件系统获得请求的文件；
创建一个由请求的文件组成的 HTTP 响应报文，报文前面有首部行；
经 TCP 连接向请求浏览器发送响应；
如果浏览器请求一个在该服务器中不存在的文件，服务器应当返回一个“404 Not Found”差错报文。

总体设计

首先开启服务器，并等待连接请求；浏览器请求访问服务器及其文件，服务器检查请求报文是否包含了关闭指令，若是，则程序停止运行；若否，则检查服务器内是否包含该文件；如果包含，则将请求文件放入输出流返回给浏览器，否则返回“404 NOT FOUND”。

详细设计

数据结构设计

这里不做复杂的数据结构处理，主要分为两个类对象：HttpServer 以及WebServer。WebServer主要是做的监听的内容，HttpServer做的是处理结果，返回目标的内容。

HttpServer继承自线程类，会生成一个线程，独立于主线程进行处理，可以实现一定的并发的能力。

函数分析

监听，并且建立线程处理，这里我们的HttpServer就是进行处理的线程，我们的主进程一直监听内容，但监听到事件时候，生产子线程，进行内容的处理。

    public void startServer(int port){
    
    
        try {
    
    
            @SuppressWarnings("resource")
            ServerSocket serverSocket = new ServerSocket(port); // 绑定端口
            while(true){
    
    
                //服务器套接字
                Socket socket = serverSocket.accept();
                // serverSocket.accept()：服务器接受客户端的连接请求，并返回一个套接字，客户机通过此套接字与服务器通信。
                // 如果未连接到客户端，线程处于阻塞状态，程序无法执行下去。
                new HttpServer(socket).start(); {
    
    
                // 先新建一个HttpServer的对象，然后此对象调用HttpServer类的start（）方法，把套接字放进去当作参数
                };
            }
        } catch (IOException e) {
    
    
            e.printStackTrace();  // 出现异常的应对措施
        }
    }

我们对于请求的处理，会生成一个线程来进行处理，在这个新的线程中，我们通过套接字，获取其中的输入输出流对象，然后进行数据的传输。

    //     多线程方法调用
    @Override
    public void run() {
    
    
        // read方法和response方法定义在下面，此处直接调用封装好的方法。
        String filePath = read(); //  返回文件名，提供给response方法作参数
        response(filePath);
    }

我们通过read函数，解析我们的报文的主要内容，首先是了解到我们的了解到我们文件的所在位置，从报文首部解析出url，也就是之后通过url获得资源路径。

    //解析web发出的请求的内容
    private String read() {
    
    
        BufferedReader reader = new BufferedReader(new InputStreamReader(input));
        // BufferedReader类从字符输入流中读取文本并缓冲字符，以便有效地读取字符，数组和行
        try {
    
    
            // 读取请求头， 如：GET /index.html HTTP/1.1
            String readLine = reader.readLine();
            // 读HTTP请求报文(请求行)：第一行，第一个是方法，第二个是URL，第三个是http协议版本
            String[] split = readLine.split(" ");
            if (split.length != 3) {
    
      // split 字符串数组必须要有三部分
                return null;
            }
            System.out.println(readLine);  // 打印HTTP请求报文的第一行（请求行）  后面是首部行和实用主体
            String path= split[1];  // path = /index.html 文件名

            //如果要读取并打印所有请求内容
//            while(readLine!=null)
//            {
    
    
//                System.out.println(readLine);
//                readLine=reader.readLine();
//            }
            return path; // 方法将返回文件名（/index.html）
        } catch (IOException e) {
    
    
            e.printStackTrace();
        }
        return null;
    }

然后通过这个资源路径，访问我们的文件内容，以字符串的形式进行读取，返回给我们的客户端。如果我们没有进行资源的定位，那么我们就进行基础页面的返回给我们的客户端。否则由项目根目录向下查找到我们的资源，将资源内部的内容以字符的形式读入，构建返回头部返回给目标客户端。

    private void response(String filePath) {
    
    
        // 获得项目下的路径
        String path = System.getProperty("user.dir");
        // 默认定位到的当前用户目录("user.dir")（即工程根目录）
        // JVM就可以据"user.dir" + "自己设置的目录" 得到完整的路径（即绝对路径）
        String x;
        x=filePath.replaceAll("/","");
        StringBuffer str=new StringBuffer(x);
        str.insert(0,"\\");
        System.out.println(str);
        File file = new File(path + str);
        // filePath是我们用输入流读取到的文件名；所以file就是申请的文件路径

        // 在当前根目录下查找浏览器申请的文件是否存在
        // 三个情况：1.默认返回，2.404 NOT FOUND,3.index.html
        if (!filePath.equals("/")) {
    
      // 如果只有主机号和端口，没有文件路径，就返回默认文件
            if (file.exists()) {
    
    
                // 1、资源存在，读取资源
                try {
    
    
                    // 将文件里的响应正文放入字符串变量sb内
                    BufferedReader reader = new BufferedReader(new FileReader(file));
                    System.out.println("reader" + reader);
                    // 输出文件输入流的信息，只有浏览器申请到的文件存在才有这条信息（readerjava.io.BufferedReader）
                    StringBuffer sb = new StringBuffer();
                    // 字符变量
                    String line = null;
                    while ((line = reader.readLine()) != null) {
    
     // 逐行去读取文件
                        sb.append(line).append("\r\n");
                        // 文件里逐行加入sb字符变量里（尤其注意要加回车符和换行符）
                    }
                    // 将文件里的响应正文放入字符串变量sb内
                    // 填写HTTP响应报文到字符串变量result内
                    StringBuffer result = new StringBuffer();
                    // result是HTTP响应，其格式为：状态行、响应头部，(回车符，换行符),响应正文
                    // 其中第一行==状态行，状态行分别为： 协议版本，空格，状态码，空格，状态码描述，回车符，换行符
                    result.append("HTTP /1.1 200 ok \r\n"); // HTTP /1.1是协议版本，状态码是200（正常），状态码描述是ok
                    // 下面是响应头部的各个字段名和值
                    result.append("Content-Type:text/html \r\n");  // 内容类型
                    result.append("Content-Length:" + file.length() + "\r\n");  // 文件内容字节数
                    // sb是响应消息正文
                    result.append("\r\n" + sb.toString());
                    //System.out.println("result=="+result);
                    out.write(result.toString().getBytes());  // 输出result的信息回复给浏览器
                    out.flush();
                    out.close();
                } catch (Exception e) {
    
    
                    e.printStackTrace();
                }

            } else {
    
    
                // 2、资源不存在，提示 file not found；也要反馈HTTP响应
                StringBuffer error = new StringBuffer();
                // HTTP响应：状态行
                error.append("HTTP /1.1 400 file not found \r\n");
                // 响应头部 + (回车符，状态行)
                error.append("Content-Type:text/html \r\n");
                error.append("Content-Length:20 \r\n").append("\r\n");
                // 响应正文
                error.append("<h1 >404 Not Found  </h1>");
                try {
    
    
                    out.write(error.toString().getBytes());  // 输出流回复浏览器
                    out.flush();
                    out.close();
                } catch (IOException e) {
    
    
                    e.printStackTrace();
                }
            }
        }else {
    
    
            //默认界面
            StringBuffer error = new StringBuffer();
            error.append("HTTP /1.1 200 hello world \r\n");
            error.append("Content-Type:text/html \r\n");
            error.append("Content-Length:20 \r\n").append("\r\n");
            error.append("<h1 >hello world</h1>");
            try {
    
    
                out.write(error.toString().getBytes());  // 回复浏览器
                out.flush();
                out.close();
            } catch (IOException e) {
    
    
                e.printStackTrace();
            }
        }
    }

调试设计

这里测试访问在项目目录下的主页文件，同时访问该端口的默认文件，之后再测试一下为未存在的页面的nei’r

运行结果

默认访问：

[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-8DAUFRgb-1678758291546)(…/实验截图/A3/2022-12-12 13_29_08-.png)]

访问未存在文件：

[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-bxnBfsXj-1678758291546)(…/实验截图/A3/2022-12-12 13_29_45-.png)]

访问存在文件：

[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-oj4T7uja-1678758291547)(…/实验截图/A3/2022-12-12 13_30_06-.png)]

后台日志结果：

[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-ZfBvg3Kz-1678758291547)(…/实验截图/A3/2022-12-12 13_30_20-.png)]

实验总结

困难与解决

异常返回输出值：

Web服务端本来应该只接收到一次请求报文，但是却收到两条报文，第二条报文请求的是/favicon.ico 文件，可以看到页签上标题栏前面是个地球，这个是默认的。原因就是后台给的响应里没有指定这个图标，浏览器的第二次请求，就是请求这个资源。

这里没有对此进行的二次处理。

心得与思考

本次计算机网络课程的实验令我受益匪浅。首先，面对纲领性的课程的学习，不仅仅要把书本上，课堂上的内容掌握，理解许多抽象的知识，还应该努力去了解其实际如何发挥作用的，在实践中去学习，印象非常深刻，而且对以后的学习会很有意义。其次，了解和尝试计算机网络相关编程的工具是非常有必要的，例如相关的软件，相关的库，相关的类，这样的学习可以帮助我们拓展知识面，虽然无法全面地掌握，但是有了粗略的了解之后，这一块的知识就在实际需要的时候被调动出来。本次实验就加强了我们的编程能力，让我拓展学习了许多课程相关的内容。最后，我通过本次实验发现计算机网络是一个有很多细节的研究方向，既需要全局的了解，又需要局部的精通，其中不乏很多可以继续提升的地方，也许我们能凭借自己的努力，达到更高的层次水平，为将来的计算机网络发展做出一些微薄的贡献，这会对整个人类社会产生很积极的影响。