前言
最近学习了一下Tinyhttpd的源码，对http服务器的基本工作原理有了简单的理解，而Tinyhttpd一方面年头较为久远（上个世纪的代码），另一方面基本全部由C语言实现，因此便萌生了用C++从头造轮子的想法，同时加深对TCP、HTTP等协议，socket编程等理解。
HTTP服务器基本工作流程
一个最简单的HTTP服务器，其基本功能主要是接受来自浏览器的http请求，之后根据请求内容返回相应的http response。因此对于我们要实现的最基本的http服务器，首先要完成的就是接受请求和发送响应。
HTTP报文格式
HTTP请求
HTTP请求主要由请求头（header）和请求体（body）构成，中间使用了空行（\r\n）进行分隔，具体结构如图所示
HTTP请求格式
以浏览器访问某一网站为例，在除去最开始的 “请求方法 URL 协议版本” 这一行后，剩余部分均为请求头部字段，没有列出的首行格式形如
GET /index.html http/1.1
浏览器请求
HTTP响应
HTTP响应结构与请求类似，分为响应头和和响应体，中间以空行分隔。
响应头首行为 “协议版本 HTTP状态码“（OK可省略），剩余均为头部字段，按需求可自行添加。
HTTP响应格式
基本的HTTP服务器实现
在理解了http服务器的简单工作流程和http请求相关格式后，我们便可以动手编写最基础的http服务器。为了方便各模块抽象，目前主要使用三个类进行基础维护，分别为：HttpServer、HttpRequest、HttpResponse
HttpRequest和HttpResponse
这两个类主要是便于进行http请求的解析与响应报文的构造，也可以方便的看出http请求和响应的简单结构。
HttpRequest结构如下，分别对应了请求报文格式，可以方便的读取头部各字段信息
class HttpRequest{
public:
HttpRequest(string raw_data);
inline const string get_method(){ return method; };
inline const string get_url(){ return url; };
inline const map<string,string>& get_header(){ return header; };
private:
string method; //该http请求方法
string url; //请求URL
string version; //http版本
map<string,string> header;
};
HttpResponse结构如下，对于通用字段单独列出方便快速设置，同时提供自定义字段设置方法，而load_from_file则提供了文件读取相关功能，主要对应于解析请求中的url字段，找到服务器上相应文件进行返回。
class HttpResponse{
public:
HttpResponse(int st);
void set_header(string key, string val); //设置头部自定义字段
void load_from_file(string url);
string get_response();
/* 基础头部字段，供快速填充，自定义字段需手动设置 */
string Allow;
string Content_Encoding;
string Content_Length;
string Content_Type;
string Expires;
string Last_Modified;
string Location;
string Refresh;
string Set_Cookie;
string WWW_Authenticate;
private:
string version; //http版本
string status; //http状态码
string date; //response生成时间
string server; //http服务器名称
map<string,string> custom_header; //自定义头部字段
string generate_header(); //使用全部信息组装HTTP Response头部
string response_body; //返回内容体
};
HttpServer
HttpServer类主要用于维护单个服务器实例，也是服务器的最核心功能。目前的基本功能便是建立套接字，接受请求并返回，其类结构为
class HttpServer{
public:
HttpServer();
HttpServer(u_short p);
inline int get_sock_id(){ return server_sock; };
inline u_short get_port(){ return port; };
void start_listen();
static void accept_request(int client_sock,HttpServer* t);
private:
int server_sock;
u_short port;
string baseURL;
void startup();
};
其中startup函数用于创建套接字用于之后监听请求，HTTP协议基于的是TCP协议，因此套接字需正确设置，配置端口号、本地网卡IP等信息，这里为了便于使用，如果不指定端口号会随机使用某一可用端口。
int on = 1;
struct sockaddr_in name;
server_sock = socket(PF_INET, SOCK_STREAM, 0); //使用TCP协议
if (server_sock == -1)
cerr<<"[ERROR]: create socket failed"<<endl;
memset(&name, 0, sizeof(name));
name.sin_family = AF_INET;
name.sin_port = htons(port);
name.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);
if ((setsockopt(server_sock, SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &on, sizeof(on))) < 0)
{
cerr<< "[ERROR]: setsockopt failed"<<endl;
}
if (bind(server_sock, (struct sockaddr *)&name, sizeof(name)) < 0)
cerr<<"[ERROR]: bind failed"<<endl;
if (port == 0) /* if dynamically allocating a port */
{
socklen_t namelen = sizeof(name);
if (getsockname(server_sock, (struct sockaddr *)&name, &namelen) == -1)
cerr<<"[ERROR]: getsockname failed"<<endl;
port = ntohs(name.sin_port);
}
//listen第二个参数为连接请求队列长度，5代表最多同时接受5个连接请求
if (listen(server_sock, 5) < 0)
cerr<<"[ERROR]: listen failed"<<endl;
在创建了socket后，我们便可使用该socket监听发来的tcp数据包，从中识别出http请求，这部分工作交由start_listen()函数完成
cout<<"httpd running on port "<<port<<endl;
int client_sock = -1;
struct sockaddr_in client_name;
socklen_t client_name_len = sizeof(client_name);
pthread_t newthread;
while (1)
{
//accept函数用来保存请求客户端的地址相关信息
client_sock = accept(server_sock,
(struct sockaddr *)&client_name,
&client_name_len);
if (client_sock == -1)
cerr<<"[ERROR]: accept failed"<<endl;
thread accept_thread(accept_request,client_sock,this);
accept_thread.join();
}
close(server_sock);
这里主要使用accept函数保存客户端socket相关信息，在接收到客户端发送的一条请求后，创建一个新的线程用于该请求的处理，具体处理部分如下，主要通过read读取原始数据存入buffer，将该信息交给HttpRequest类进行简单解析，同时利用HttpResponse类构造响应报文，使用send将该响应发送回客户端，之后关闭该套接字。
int client = client_sock;
char buf[1024];
read(client_sock,(void*)buf,1024);
string req(buf);
HttpRequest request(req);
cout<<"url: "<<request.get_url()<<endl;
string req_url = t->baseURL + request.get_url();
auto header = request.get_header();
cout<<"[GET REQUEST]: Host = "<<header.find("Host")->second<<endl;
HttpResponse response(200);
response.load_from_file(req_url);
response.Content_Type = "text/html";
string res_string = response.get_response();
// cout<<res_string<<endl;
send(client,res_string.c_str(),strlen(res_string.c_str()),0);
close(client);
至此一条http请求便可以被正确解析并返回，总体流程为：
- 创建server_socket
- 监听某一端口请求
- 接收数据解析请求
- 构造响应报文
- 发送响应，关闭客户端套接字
到这里一个具备基础功能的http服务器已经初具雏形，可以解析简单的http请求，同时根据请求路径读取本地的html文档进行返回，交由浏览器展示。之后我们会不断完善该服务器，实现更复杂的一些功能。
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