基于JAVA的WEB服务器工作机制

基于JAVA的WEB服务器工作机制

一个WEB服务器也被称为一个HTTP服务器，因为它使用HTTP协议和它的客户进行通讯，而这些客户通常是浏览器。 一个基于JAVA的WEB服务器使用了两个重要的类：

java.net.Socket和

java.net.ServerSocket

，并且是通过HTTP消息进行通讯的。本文开头将讨论HTTP和这两个类，后面，将解释一个简单WEB服务器应用程序的工作机制。

超文本传输协议 (HTTP)

HTTP协议允许服务器和客户机通过INTERNET接收和发送数据。它是个请求和回应协议----客户机发送请求，服务器对请求给出回应。HTTP 使用可靠的TCP 连接，默认TCP端口是80。HTTP的第一版是HTTP/0.9，随后被 HTTP/1.0所取代。当前最新的版本是HTTP/1.1，这个在RPC2616规范文档中给出了定义。

这一章节简单讲叙了HTTP 1.1， 对于你理解WEB服务器应用程序发送的消息还是足够的。如果你很感兴趣，可以参考RFC 2616文档。

使用HTTP，客户端通过建立一个连接和发送一个HTTP请求来初始化事务会话，服务器联系客户端或者回应一个callback连接给客户端。 它们都可以中断连接。比如，在使用WEB浏览器时，你可以点击浏览器上的STOP按钮来停止文件下载进程，就有效的关闭了和这个WEB服务器的HTTP连接。

HTTP 请求（Requests）

一个HTTP request包含三个部分：

方法，URL，协议/版本（Method-URI-Protocol/Version）

请求包头Request headers

实体包（Entity body）
下面给出一个HTTP请求的范例：

请求的第一行就是method-URI-Protocol/Version。

请求的是POST方法，后面的

/servlet/default.jsp

表示一个URL地址，

HTTP/1.1

表示协议的版本。

HTTP标准规范定义了一些请求方法，用来给每个HTTP请求所使用。HTTP 1.1支持7中请求方法：

GET

,

POST

,

HEAD

,

OPTIONS

,

PUT

,

DELETE

, 和

TRACE。

GET

和

POST

在INTERNET的应用程序中是使用最普遍的两个方法。

URI完整的指明了一个INTERNET资源。一个URI通常是相对于服务器的根目录被解释的。 因此，它总是使用符号(

/

)开头。一个URL实际是一个URI类型。协议版本表示当前正在使用的HTTP协议的版本。

请求包头（request header）包含了一些有用的客户机环境的信息和请求的实体（entity body）信息。比如，它可以包含浏览器使用的语言和实体的长度等等。每个请求包头都被CRLF（回车换行）序列所分离。

在先前的HTTP请求中，实体是下面简单的一行：

在一个典型的HTTP请求中，这个实体能够很容易地变得更长。

HTTP响应（Responses）

和请求类似，一个HTTP响应也包含三个部分：

协议状态 代码描叙（Protocol-Status code-Description）

响应包头（Response headers）

实体（Entity body）
下面是HTTP响应的一个简单范例：

第一行的响应包头和上面的请求包头很相似。 第一行告诉我们，协议是使用的HTTP1.1，响应请求已成功(200表示成功),一切已OK。

响应包头和请求包头相似，也包含一些有用的信息。响应的实体是HTML那一部分的内容。包头和实体也都是被CRLF序列分离开的。

Socket类

套接字（socket）是网络连接的一个端点。它使得应用程序能够通过网络进行读和写的操作。 通过在连接上发送和接受字节流，两个位于不同计算机的软件程序能够彼此相互通讯。为了发送一个消息到另一个程序，你需要知道对方机器的IP地址和socket端口号。在JAVA中，一个socket是由

java.net.Socket类所表示的。

为了创建一个套接字，你可以使用

Socket类的构造函数来完成。

这些构造函数接受主机名和端口:

host表示远程计算机名或者IP地址，

port

表示该远程应用的端口号。比如，要在80端口连接到yahoo.com，你需要构造下面的socket:

一旦你成功创建了一个

Socket

类的实例，就可以使用它来发送和接受字节流了。 要发送字节流，必须首先调用

Socket

类的

getOutputStream

方法来获得一个

java.io.OutputStream

对象。要发送一个文本到远程应用程序，经常要构造一个从

OutputStream

对象返回的

java.io.PrintWriter

对象。要接收连接另一端的字节流，要调用

Socket

类的

getInputStream

方法，该方法是从

java.io.InputStream

返回的。

下面的程序段创建了一个socket，和本地HTTP服务器（127.0.0.1代表本地）进行通讯，发送一个HTTP请求，然后从服务器接收一个响应。它创建了一个

StringBuffer

 来保存响应，并将它打印到控制台。

要从服务器得到一个确切的响应，你需要发送一个遵循HTTP协议规则的HTTP请求。如果你阅读了上面的那段"超文本传输协议(HTTP)" ，那么你就应该能够理解刚才上面建立socket的代码。

ServerSocket

类

Socket

 类表示的是客户端的socket。无论什么时候，只要你想连接到一个远程服务器的应用，你都要构建一个socket。如果你想执行一个服务器应用程序，比如HTTP服务或者FTP服务的程序，那么你需要使用不同的途径。因为你的服务器必须一直是开机闲置，所以它不知道什么时候客户机试图来连接它。

这个时候，需要使用

java.net.ServerSocket

类。它会实现一个服务器socket。一个服务器socket会等待来自客户端的连接。一旦它接收到一个连接请求，它就会创建一个 

Socket

实例来处理和客户端通讯的问题。

要创建一个服务器socket,可以使用四种ServerSocket类构造方法中的一种来实现。你需要制定服务器socket监听的IP地址和端口。 典型的，IP地址如果是127.0.0.1，意味着服务器socket将监听本地机器。这个被监听的IP地址被认为是一种绑定地址。server socket的另一个重要属性是它的 backlog属性，它是在server socket拒绝连接请求前，能够接受的连接请求的最大队列长度。

ServerSocket类的构造函数之一如下：

对于这个构造函数而言，绑定地址必须是

java.net.InetAddress

的一个实例。一个简单的办法是通过调用它的静态方法getByName来构造一个

InetAddres

对象。该方法来一个包含主机名的字符串参数:

下面一行代码构造一个

ServerSocket

，它监听本地机器的8080端口，backlog设置为1。

一旦有了一个 

ServerSocket

实例，可以通过调用accept方法来告诉它等待进来的连接请求。这个方法只有在有一个连接请求时才返回。它返回的是

Socket

类的实例。这个

Socket

对象能够发送和接受来自客户端应用的字节流，就是第一节所讲到的socket类。实际上，

accept

是本文提及的唯一一个在应用中使用的方法。

Application应用

我们的web服务器应用是

ex01.pyrmont

包的一部分，包含三个类：

HttpServer

Request

Response

这个应用的入口(静态

main

方法)是

HttpServer

类。它创建了一个

HttpServer

 实例来调用它的

await

方法。 就象这个方法名所暗示的，

await

方法在一个指定的端口等待一个HTTP请求，并处理它们，然后发送回应给客户端。它保持等待状态，直到收到一个shutdown命令。 (命令名

await

来代替

wait

的原因是

wait是

System.Object

类中的一个用于线程方面的重要方法)

应用仅仅只发送静态资源，比如来自特定目录的HTML和图片文件。不支持动态包头 (比如日期或者cookie) 。

在下面的段落中，让我们来看看这三个类吧。

HttpServer

类

HttpServer

类表示一个web服务器,且在公共静态目录WEB_ROOT及它的子目录中能为找到的那些静态资源而服务。

WEB_ROOT

用以下方式初始化：

这段代码指明了一个包含静态资源的webroot目录，这些资源可用来测试该应用。在该目录中也能找到servlet容器。

要请求一个静态资源，在浏览器中输入如下地址或URL：

machineName

 是运行这个应用的计算机名或者IP地址。如果你的浏览器是在同一台机器上，可以使用

localhost

作为机器名。端口是8080。

staticResource

是请求的文件夹名，它必须位于WEB-ROOT目录中。

必然，如果你使用同一个计算机来测试应用，你想向HttpServer请求发送一个index.html 文件，那么使用如下URL:

想要停止服务器，可以通过发送一个shutdown命令。该命令是被

HttpServer

类中的静态SHUTDOWN_COMMAND变量所定义:

因此，要停止服务，你可以使用命令:

现在让我们来看看前面提到的

await

方法。下面一个程序清单给出了解释。

Listing 1.1. The

HttpServer

class'

await

method

await

方法是通过创建一个

ServerSocket

实例而开始的。然后它进入了一个WHILE循环：

在收到一个请求后，

await

方法从accept方法返回的socket实例中获得

java.io.InputStream

和

java.io.OutputStream

对象。

await

于是就创建一个

Request

对象并调用它的

parse

方法来解析原始的HTTP请求信息。

接下来，

await

 方法创建了一个

Response

 对象，使用set

Request

方法并调用它的

sendStaticResource

 方法。

最后，

await

关闭该

Socket

。调用Request的

getUri

方法来检查HTTP请求的URI是否是一个shutdown命令。如果是，shutdown变量被设置为true，程序退出while循环。

Request

类[/code]

Request类代表一个HTTP请求。Socket处理客户端的通讯，将返回一个InputStream对象，通过传递该对象，可以构造一个Request类的实例。通过调用

InputStream

 对象的read方法来获得这个HTTP请求的原始数据（raw data）。[/code]

Request

 有两个公共方法：

parse

 和

getUri。

parse方法解释HTTP请求的原始数据。它不做很多事情----它能够利用的唯一信息只是HTTP请求的URI ，这个URI是从私有方法

parseUri

.得到的。

parseUri

 方法保存URI 到

uri

 变量中，然后调用公共方法

getUri

来返回一个HTTP请求的URI。[/code]

为了理解
parse
 和 [code]parseUri

方法是如何工作的，需要知道HTTP请求的内部结构。这个结构是在RFC2616文档中定义的。[/code]

一个HTTP请求包含三个部分：

请求行（Request line） 请求包头（Headers） 消息体（Message body）

现在，我们仅仅只对HTTP请求的第一部分请求行（Request line）感兴趣。一个请求行由方法标记开始，后面根请求的URI和协议版本，最后由CRLF字符结束。请求行中的元素被空格字符分开。比如，使用GET方法请求的index.html文件的请求行如下：

[/code]

方法parse

从socket的

InputStream

中读取整个字节流，该字节流是

Request

对象传递进来的，然后parse将这些字节流存储在一个缓冲区里， 在缓冲区中组装一个称为request的

StringBuffer

对象。[/code]

下面的Listing 1.2.显示了parse方法的用法：

Listing 1.2. The 
Request
 class' [code]parse

method[/code]

[/code]

parseUri

 方法从请求行那里得到URI。Listing 1.3 展示了

parseUri

 方法的用途。

parseUri

 减缩请求中的第一个和第二个空格来获得URI。 [/code]

Listing 1.3. The 
Request
 class' [code]parseUri

method[/code]

[/code]

Response

类[/code]

Response

表示一个HTTP响应。它的构造函数接受一个

OutputStream

对象，比如下面的：[/code]

[/code]

Response

 对象被

HttpServer

类的

await

方法构造，该方法被传递的参数是从socket那里得到的

OutputStream

对象。[/code]

Response

类有两个公共方法:

setRequest

和

sendStaticResource.

 setRequest方法传递一个Request对象给Response对象。Listing 1.4中的代码显示了这个：[/code]

Listing 1.4. The 
Response
 class' [code]setRequest

method[/code]

[/code]

sendStaticResource

 方法用来发送一个静态资源，比如HTML文件。Listing 1.5给出了它的实现过程：[/code]

Listing 1.5. The 
Response
 class' [code]sendStaticResource

method[/code]

[/code]

sendStaticResource

方法是非常简单的。它首先传递父路径和子路径给File类的构造器，从而对

java.io.File

类进行了实例化。[/code]

[/code]

然后它检查文件是否存在。如果存在，
sendStaticResource
 方法通过传递File对象来构造一个[code]java.io.FileInputStream

对象。然后调用

FileInputStream

的read方法，将字节流写如到

OutputStream

输出。注意这种情况下, 静态资源的内容也被作为原始数据被发送给了浏览器。[/code]

[/code]

如果这个文件不存在，
sendStaticResource
 方法发送一个错误消息给浏览器。

[/code]

编译和运行应用程序

为了编译和运行应用，你首先需要解压包含本文应用程序的.zip文件。你解压的目录成为工作目录（working directory），它有三个子目录： src/, classes/, 和 lib/。 要编译应用程序需要在工作目录输入如下语句：

[/code]

这个
-d
 选项参数将结果写到当前目录，而不是src/ 目录。 

要运行应用程序，在工作目录中输入如下语句：

[/code]

要测试你的应用程序，打开浏览器，在地址栏中输入如下URL:

[/code]

你将可以看到浏览器中显示的index.html 页面，如Figure 1所示。

Figure 1. The output from the web server

在控制台（Console），你能看到如下内容：

[/code]

概要总结

在本文中，你了解了一个简单的WEB服务器的工作机制。本文附带的应用程序源代码只包含三个类，但并不是所有的都有用。尽管如此，它还是能被作为一种很好的学习工具为我们服务。

Translated by Willpower,2003.11.24