基于Java的Web服务器工作原理

1、基于Java的Web服务器工作原理1基于Java的Web服务器工作原理1一个Web服务器也被称为HTTP服务器，它通过HTTP协议与客户端通信。这个客户端通常指的是Web浏览器。一个基于Java的Web服务器用到二个重要的类，.Socket与.ServerSocket，并通过HTTP消息通信。因此，本文从讨论HTTP与这二个类开始，然后我将解释一个与本文相关的简单的Web应用。The Hypertext Transfer Protocol(HTTP)HTTP是一种让Web服务器与浏览器(客户端)通过Internet发送与接收数据的协议。它是一个请求、响应协议-客

2、户端发出一个请求，服务器响应这个请求。HTTP运用可靠的TCP连接，通常用的TCP 80端口。它的第一个版本是HTTP/0.9，然后被HTTP/1.0取代。当前的版本是HTTP/1.1，由RFC2616(.pdf)定义。本节主要对应HTTP 1.1，足够使你充分理解由Web服务器程序发出的消息。如果你对更加详细的知识有兴趣，可以参考RFC2616。在HTTP中，客户端总是通过建立一个连接与发送一个HTTP请求来发起一个事务。服务器不能主动去与客户端联系，也不能给客户端发出一个回叫连接。客户端与服务器端都可以提前中断一个连接。例如，当用一个浏览器下载一个文件时，你可以通过点击停止键来中断文件的下

3、载，关闭与服务器的HTTP连接。HTTP请求一个HTTP请求包含三个部分：Method-URI-Protocol/Version方法-地址-版本Request header请求头Entity body请求实体下面是一个HTTP请求实例：POST/servlet/default.jsp HTTP/1.1 Accept：text/plain；text/html Accept-Language：en-gb Connection：Keep-Alive Host：localhost Referer：Mozilla/4.0(compatible；MSIE 4.01；Windows 98)Content-L

4、ength：33 Content-Type：application/x-www-form-urlencoded Accept-Encoding：gzip,deflate LastName=Franks&FirstName=Michael The Method-URI-Protocol/Version在这个请求的第一行：POST/servlet/default.jsp HTTP/1.1其中POST是请求的类型。每个客户端HTTP请求可以是HTTP规范中指定的许多请求类型中的一种。HTTP 1.1支持七种类型的请求，它们是GET，POST，HEAD，OPTIONS，PUT，DELETE，TRACE

5、。其中GET与POST是Internet应用中经常用到的二种请求类型。URI完整地指定了Internet资源。一个URI通常被解析为相对服务器的根目录。这样，它应该总是以一个/前缀开始。一个URL实际上是URI的一种类型。Version指的是该HTTP请求所用到的HTTP协议版本。请求头包含了客户端环境与请求实体的一些有用的信息。例如它包含浏览器设定的语言、实体的长度等等。每条请求头用回车换行符(CRLF)分开。一个非常重要的空行分开了请求头与实体，它标志着实体内容的开始。一些Internet开发书籍认为这个CRLF空行是HTTP请求的第四个部分。在上面的HTTP请求中，实体只是简单以下的一行

6、：LastName=Franks&FirstName=Michael在一个典型的HTTP请求中，请求实体内容会长得多。HTTP响应与请求相似，HTTP响应也由三部分组成：Protocol-Status code-Description协议状态描述代码Response headers响应头Entity body响应实体以下是一个HTTP响应的实例：HTTP/1.1 200 OK Server：Microsoft-IIS/4.0 Date：Mon,3 Jan 1998 13：13：33 GMT Content-Type：text/html Last-Modified：Mon,11 Jan 1998

7、 13：23：42 GMT Content-Length：112 html head title HTTP Response Example/title/head body Welcome to Brainy Software/body/html响应头的第一行类似请求头的第一行，告诉你所用的协议是HTTP 1.1，请求成功(200=success)，以及没有任何问题。响应头类似请求头也包含了一些有用的信息。响应的实体响应本身的HTML内容。头与实体之间由回车换行的空行(CRLF)分开。Socket类一个socket是一个网络连接的端点，它使得一个应用可以从网络读与写。在不同电脑上的二个应用软件

8、能够通过收发字节流而彼此通信。要发一个信息到另一个应用程序，你需要知道它的IP地址，以及它的socket端口号。在Java中，一个socket用.Socket来实现。要创建一个socket，你可以用Socket类中几个构建方法中的一个。其中一个接受主机名与端口号作为参数：new Socket(,80)；一旦你成功地创建了一个Socket类的实例，你就可以用它去发送与接收字节流了。要发送字节流，你需要呼叫Socket类的getOutputStream方法来得到一个java.io.OutputSteam对象。要发送文本到远程的程序，你通常需要从返回的OutputS

9、tream创建一个java.io.PrintWriter对象。要从连接的另一端接收字节流，你需要呼叫Socket类的getInputStream方法，它返回一个java.io.InputStream对象。以下代码创建一个可以与本地HTTP服务器通信的socket(表示一个本地的主机)，发送一个HTTP请求，并接收从服务器的响应。它还创建一个StringBuffer对象来接受响应，并打印到控制台。Socket socket=new Socket(,8080)；OutputStream os=socket.getOutputStream()；boolean au

10、toflush=true；PrintWriter out=new PrintWriter(socket.getOutputStream(),autoflush)；BufferedReader in=new BufferedReader(new InputStreamReader(socket.getInputStream()；/send an HTTP request to the web server out.println(GET/index.jsp HTTP/1.1)；out.println(Host：localhost：8080)；out.println(Connection：Clos

11、e)；out.println()；/read the response boolean loop=true；StringBuffer sb=new StringBuffer(8096)；while(loop)if(in.ready()int i=0；while(i！=-1)i=in.read()；sb.append(char)i)；loop=false；Thread.currentThread().sleep(50)；/display the response to the out console System.out.println(sb.toString()；socket.close()；

12、注意要从web服务器得到正确的响应，你必须要发送用HTTP协议编译了的HTTP请求。如果你看了上面的HTTP部分，你应该能够理解上面代码中的HTTP请求。编者注：这篇文章节选自budi自己出版的书。你可以在他的网站得到更多的相关资料。基于Java的Web服务器工作原理2作者：fajaven译发文时间：2003.09.12 17：00：38 ServerSocket类Socket类描述的是客户端socket，当你需要创建与远程服务程序连接时需要用到它。如果你想实现一个服务程序，如HTTP服务器或者FTP服务器，则需要另外不同的方法。这是因为你的服务器必须随时服务，它不知道什么时候会有一个客户端程

13、序需要连接它。因为这个目的，你需要用到.ServerSocket这个类，它是服务器端socket的一个实现。服务器端socket等待来自客户端的连接请求。一旦它收到一个连接请求，它创建一个socket实例来与客户端进行通信。要创建服务器端socket，需要用到ServerSocket类提供的四个构建方法中的一个。你需要指定服务器端socket侦听的IP地址与端口号。比较典型地，这个IP地址可以是，意思是该服务器端socket侦听的是本地机器。服务器端socket侦听的IP地址指的是绑定地址。服务器端socket另一个重要的属性是队列长度，即它拒绝请求前所接受的

14、最大请求排队长度。ServerSocket类的构建方法之一如下：public ServerSocket(int port,int backLog,InetAddress bindingAddress)；对于这个构建方法，绑定地址必须是.InetAddress类的实例。创建一个InetAddress类的对象的简单方法是呼叫其静态方法getByName，传递一个包含主机名的字符串。InetAddress.getByName()；以下行的代码创建了一个服务器端socket，它侦听本地机器的8080端口，限制队列长度为1。new ServerSocket(8080,1

15、,InetAddress.getByName()；一旦有了一个ServerSocket实例，就可以通过呼叫其accept方法来让它等待进来的链接请求。这个方法只有当接收到请求时才返回，它返回的是Socket类的实例。这个Socket对象就可以用来从客户端应用程序发送与接收字节流，正如上节据说的那样。实际上，accept方法是本文例子中用到的唯一方法。应用实例我们的web服务器程序是ex01.pyrmont包的一部分，它包含三个类：HttpServer；Request；Response。整个程序的入口(静态main方法)是HttpServer类。它创建一个HttpServer的

16、实例，并呼叫其await方法。正如名字表达的，await在一个特定的端口等待HTTP请求，处理它们，并返回响应给客户端。它保持等待状态，直到收到停止命令。(用方法名await代替wait，是因为System中有一个重要的与线程相关的方法)这个程序只从一个特定的目录发送静态资源，如HTML与图像文件。它只支持没有文件头(如日期与cookie)的情况。现在我们将在如下的几节中看一下这三个类。HttpServer类HttpServer实现了一个web服务器，它可以提供(serve)特定目录及其子目录下的静态资源。这个特定的目录由public static final WEB_ROOT指定。WEB_R

17、OOT初始化如下：public static final String WEB_ROOT=System.getProperty(user.dir)+File.separator+webroot；代码列表中包含了一具叫做webroot的目录，里面有一些静态的资源，你可以用来测试本应用。你也可以看到一个servlet，在我的下一篇文章将会被用到：Servlets容器是怎样工作的。为了请求一个静态的资源，在浏览器的地址栏输入如是地址：如果你从不同的机器上发送请求到运行本应用的机器，则machinename是运行应用机器的机器名或IP地址，port是8080，staticResources是被请求的文

18、件名称，它必须包含在WEB_ROOT目录内。例如，如果你用同一台电脑来测试这个应用，你想要HttpServer发送index.html这个文件，用以下的地址：要停止服务，只需要从浏览器发送一个停止(shutdown)命令，即在浏览器的地址栏输入host：port字段后，加上预先定义好的字符串。在我们的HttpServer类中，停止命令被定义为SHUTDOWN，一个static final变量。private static final String SHUTDOWN_COMMAND=/SHUTDOWN；因此，要停止服务，你可以这样：现在，让我们看一下列表1.1中给出的await方法。代码列表后面

19、将对这段代码做一些解释。Listing 1.1.The HttpServer classawait method public void await()ServerSocket serverSocket=null；int port=8080；tryserverSocket=new ServerSocket(port,1,InetAddress.getByName()；catch(IOException e)e.printStackTrace()；System.exit(1)；/Loop waiting for arequest while(！shutdown)Socket s

20、ocket=null；InputStream input=null；OutputStream output=null；trysocket=serverSocket.accept()；input=socket.getInputStream()；output=socket.getOutputStream()；/create Request object and parse Request request=new Request(input)；request.parse()；/create Response object Response response=new Response(output)；

21、response.setRequest(request)；response.sendStaticResource()；/Close the socket socket.close()；/check if the previous URI is ashutdown command shutdown=request.getUri().equals(SHUTDOWN_COMMAND)；catch(Exception e)e.printStackTrace()；continue；await方法以创建一个ServerSocket实例开始，然后进入一个while的循环。serverSocket=new S

22、erverSocket(port,1,InetAddress.getByName()；./Loop waiting for arequest while(！shutdown).在while循环中的代码，运行到ServerSocket的accept方法即停止。这个方法只有在8080端口接收到HTTP请求才返回：socket=serverSocket.accept()；收到请求后，await方法从accept方法返回的Socket实例中等到java.io.InputStream与java.io.OutputStream：input=socket.getInputStream()；

23、output=socket.getOutputStream()；然后await方法创建一个Request对象，呼叫它的parse方法来解析这个原始的HTTP请求：/create Request object and parse Request request=new Request(input)；request.parse()；下一步，await方法创建一个Response对象并把Request对象设置给它，呼叫它的sendStaticResource方法：/create Response object Response response=new Response(output)；respon

24、se.setRequest(request)；response.sendStaticResource()；最后，await方法关闭Socket，呼叫Request的getUri方法来检查HTTP请求的地址是否是一个停止命令。如果是，则shutdown变量被设置为true，程序退出while循环：/Close the socket socket.close()；/check if the previous URI is ashutdown command shutdown=request.getUri().equals(SHUTDOWN_COMMAND)；基于Java的Web服务器工作原理3作者

25、：fajaven发文时间：2003.09.12 17：11：54 Request类Request类对应HTTP请求。创建这个类的实例，并传给它从Socket获得的InputStream对象，从而捕获与客户端的通信。呼叫InputStream对象的read方法中的一个就可以得到HTTP请求的原始数据。Request类有二个public方法parse与getUri。parse方法解析HTTP请求的原始数据。它做的事情不多-唯一它使之有效的信息是HTTP请求的URI，这个通过呼叫私有方法parseUri来获得。parseUri方法把URI作为一个变量。调用getUri方法可以得到HTTP请求的URI

26、。要明白parse与parseUri的工作原理，你需要知道HTTP请求的结构，由RFC2616定义。一个HTTP请求包括三个部分：Request line；Headers；Message body。现在，我们只需要关注HTTP请求的第一部分-请求行。请求行以方法记号开始，接着是请求的URI与协议版本，以回车换行符结束。请求行的元素之间以空格分开。例如，一个用GET方法的index.html文件的请求行如下：?GET/index.html HTTP/1.1?parse方法从socket的InputStream传递给Request对象中读取字节流，把这个字节数组存在缓冲里。然后，它把buffer字

27、节数组里的字节放入叫做request的StringBuffer对象中，再把StringBuffer替换成String传递给parseUri方法。parse方法的代码如列表1.2 Listing 1.2.The Request classparse method?public void parse()/Read aset of characters from the socket StringBuffer request=new StringBuffer(2048)；int i；byte buffer=new byte2048；tryi=input.read(buffer)；catch(IOEx

28、ception e)e.printStackTrace()；i=-1；for(int j=0；j i；j+)request.append(char)bufferj)；System.out.print(request.toString()；uri=parseUri(request.toString()；parseUri方法查找请求行的第一个与第二个空格，从而从请求行获得了URI。列表1.3展示了parseUri方法的代码。Listing 1.3.The Request classparseUri method private String parseUri(String requestStrin

29、g)int index1,index2；index1=requestString.indexOf()；if(index1！=-1)index2=requestString.indexOf(,index1+1)；if(index2 index1)return requestString.substring(index1+1,index2)；return null；Response类Response类描述HTTP响应。它的构建方法接受OutputStream对象，如下：public Response(OutputStream output)this.output=output；Response对象

30、通过传递从socket获得的OutputStream对象到HttpServer类的await方法而创建。Response类有二个公共方法setRequest与setStaticResource。setRequest用来传递Request对象到Response对象。它比较简单，代码如列表1.4所示：Listing 1.4.The Response classsetRequest method public void setRequest(Request request)this.request=request；sendStaticResource方法用来发送静态的资源，例如HTML文件。它的实现

31、如列表1.5所示：Listing 1.5.The Response classsendStaticResource method public void sendStaticResource()throws IOExceptionbyte bytes=new byteBUFFER_SIZE；FileInputStream fis=null；tryFile file=new File(HttpServer.WEB_ROOT,request.getUri()；if(file.exists()fis=new FileInputStream(file)；int ch=fis.read(bytes,0,

32、BUFFER_SIZE)；while(ch！=-1)output.write(bytes,0,ch)；ch=fis.read(bytes,0,BUFFER_SIZE)；else/file not found String errorMessage=HTTP/1.1 404 File Not Foundrn+Content-Type：text/htmlrn+Content-Length：23rn+rn+h1 File Not Found/h1；output.write(errorMessage.getBytes()；catch(Exception e)/thrown if cannot inst

33、antiate aFile object System.out.println(e.toString()；finallyif(fis！=null)fis.close()；SendStaticResource方法非常简单。它首先通过传递父与子目录到File类的构建方法从而实例化java.io.File类。File file new File(HttpServer.WEB_ROOT,request.getUri()；然后检查这个文件是否存在。如果存在，则sendStaticResource方法传递File对象创建java.io.FileInputStream对象。然后调用FileInputStre

34、am的read方法，并把字节数组写到OutputStream对象output。就这样，静态资源的内容作为原始数据被发送到浏览器。if(file.exists()fis=new FileInputStream(file)；int ch=fis.read(bytes,0,BUFFER_SIZE)；while(ch！=-1)output.write(bytes,0,ch)；ch=fis.read(bytes,0,BUFFER_SIZE)；如果文件不存在，sendStaticResource发送一个错误信息到浏览器。String errorMessage=HTTP/1.1 404 File Not F

35、oundrn+Content-Type：text/htmlrn+Content-Length：23rn+rn+h1 File Not Found/h1；output.write(errorMessage.getBytes()；编译与运行应用程序要编辑与运行本文的应用，首先你需要解压源码zip文件。直接解压出来的目录被称为工作目录，它有三个子目录：src/，classes/，lib/。要编译应用，从工作目录输入如下命令：javac-d.src/ex01/pyrmont/*.java-d选项把结果写到当前目录，而不是src/目录。要运行应用，在当前工作目录输入如下命令：java ex01.pyrm

36、ont.HttpServer测试这个应用，打开你的浏览器，在地址栏输入如下地址：你将在你的浏览器看到index.html显示出来，如图1所示。图1：web服务器的输出显示在控制台，你看到如下的内容：GET/index.html HTTP/1.1 Accept：*/*Accept-Language：en-us Accept-Encoding：gzip,deflate User-Agent：Mozilla/4.0(compatible；MSIE 4.01；Windows 98)Host：localhost：8080 Connection：Keep-Alive GET/images/logo.gif

37、 HTTP/1.1 Accept：*/*Referer：en-us Accept-Encoding：gzip,deflate User-Agent：Mozilla/4.0(compatible；MSIE 4.01；Windows 98)Host：localhost：8080 Connection：Keep-Alive总结在这篇文章中(分为三个部分)，你看到了一个简单的web服务器的工作原理。本文相关的应用只包括了三个类，功能是不全面的。然而，它仍不失为一个好的学习工具。(责任编辑：张明燕)Java的网络编程：用Java实现Web服务器作者：谷和启发文时间：2002.12.26 15：35：57

38、 HTTP协议超文本传输协议(HTTP)是位于TCP/IP协议的应用层，是最广为人知的协议，也是互连网中最核心的协议之一，同样，HTTP也是基于C/S或B/S模型实现的。事实上，我们使用的浏览器如Netscape或IE是实现HTTP协议中的客户端，而一些常用的Web服务器软件如Apache、IIS和iPlanet Web Server等是实现HTTP协议中的服务器端。Web页由服务端资源定位，传输到浏览器，经过浏览器的解释后，被客户所看到。Web的工作基于客户机/服务器计算模型，由Web浏览器(客户机)和Web服务器(服务器)构成，两者之间采用超文本传送协议(HTTP)进行通信。HTTP协议是

39、Web浏览器和Web服务器之间的应用层协议，是通用的、无状态的、面向对象的协议。一个完整的HTTP协议会话过程包括四个步骤：连接，Web浏览器与Web服务器建立连接，打开一个称为Socket(套接字)的虚拟文件，此文件的建立标志着连接建立成功；请求，Web浏览器通过Socket向Web服务器提交请求。HTTP的请求一般是GET或POST命令(POST用于FORM参数的传递)；应答，Web浏览器提交请求后，通过HTTP协议传送给Web服务器。Web服务器接到后，进行事务处理，处理结果又通过HTTP传回给Web浏览器，从而在Web浏览器上显示出所请求的页面；关闭连接，应答结束后Web浏览器与Web

40、服务器必须断开，以保证其它Web浏览器能够与Web服务器建立连接。Java实现Web服务器功能的程序设计编程思路根据上述HTTP协议的会话过程，本实例中实现了GET请求的Web服务器程序的方法,方法如下：通过创建ServerSocket类对象，侦听用户指定的端口(为8080)，等待并接受客户机请求到端口。创建与Socket相关联的输入流和输出流，然后读取客户机的请求信息。若请求类型是GET，则从请求信息中获取所访问的HTML文件名；如果HTML文件存在，则打开HTML文件，把HTTP头信息和HTML文件内容通过Socket传回给Web浏览器，然后关闭文件，否则发送错误信息给Web浏览器。最后关

41、闭与相应Web浏览器连接的Socket。用Java编写Web服务器httpServer.java文件的源代码如下：/httpServer.java import .*；import java.io.*；import java.util.*；import java.lang.*；public class httpServerpublic static void main(String args)int port；ServerSocket server_socket；/读取服务器端口号tryport=Integer.parseInt(args0)；catch(Exception e

42、)port=8080；try/监听服务器端口，等待连接请求server_socket=new ServerSocket(port)；System.out.println(httpServer running on port+server_socket.getLocalPort()；/显示启动信息while(true)Socket socket=server_socket.accept()；System.out.println(New connection accepted+socket.getInetAddress()+：+socket.getPort()；/创建分线程tryhttpReque

43、stHandler request=new httpRequestHandler(socket)；Thread thread=new Thread(request)；/启动线程thread.start()；catch(Exception e)System.out.println；catch(IOException e)System.out.println；class httpRequestHandler implements Runnablefinal static String CRLF=rn；Socket socket；InputStream input；OutputStream outp

44、ut；BufferedReader br；/构造方法public httpRequestHandler(Socket socket)throws Exceptionthis.socket=socket；this.input=socket.getInputStream()；this.output=socket.getOutputStream()；this.br=new BufferedReader(new InputStreamReader(socket.getInputStream()；/实现Runnable接口的run()方法public void run()tryprocessReques

45、t()；catch(Exception e)System.out.println；private void processRequest()throws Exceptionwhile(true)/读取并显示Web浏览器提交的请求信息String headerLine=br.readLine()；System.out.println(The client request is+headerLine)；if(headerLine.equals(CRLF)|headerLine.equals()break；StringTokenizer s=new StringTokenizer(headerLin

46、e)；String temp=s.nextToken()；if(temp.equals(GET)String fileName=s.nextToken()；fileName=.+fileName；/打开所请求的文件FileInputStream fis=null；boolean fileExists=true；tryfis=new FileInputStream(fileName)；catch(FileNotFoundException e)fileExists=false；/完成回应消息String serverLine=Server：a simple java httpServer；Str

47、ing statusLine=null；String contentTypeLine=null；String entityBody=null；String contentLengthLine=error；if(fileExists)statusLine=HTTP/1.0 200 OK+CRLF；contentTypeLine=Content-type：+contentType(fileName)+CRLF；contentLengthLine=Content-Length：+(new Integer(fis.available().toString()+CRLF；elsestatusLine=H

48、TTP/1.0 404 Not Found+CRLF；contentTypeLine=text/html；entityBody=HTML+HEAD TITLE 404 Not Found/TITLE/HEAD+BODY 404 Not Found+br usage：+fileName.html/BODY/HTML；/发送到服务器信息output.write(statusLine.getBytes()；output.write(serverLine.getBytes()；output.write(contentTypeLine.getBytes()；output.write(contentLen

49、gthLine.getBytes()；output.write(CRLF.getBytes()；/发送信息内容if(fileExists)sendBytes(fis,output)；fis.close()；elseoutput.write(entityBody.getBytes()；/关闭套接字和流tryoutput.close()；br.close()；socket.close()；catch(Exception e)private static void sendBytes(FileInputStream fis,OutputStream os)throws Exception/创建一个1

50、K buffer byte buffer=new byte1024；int bytes=0；/将文件输出到套接字输出流中while(bytes=fis.read(buffer)！=-1)os.write(buffer,0,bytes)；private static String contentType(String fileName)if(fileName.endsWith(.htm)|fileName.endsWith(.html)returntext/html；returnfileName；编程技巧说明主线程设计主线程的设计就是在主线程httpServer类中实现了服务器端口的侦听，服务器

51、接受一个客户端请求之后创建一个线程实例处理请求，代码如下：import .*；import java.io.*；import java.util.*；import java.lang.*；public class httpServerpublic static void main(String args)port；ServerSocket server_socket；/读取服务器端口号tryport=Integer.parseInt(args0)；catch(Exception e)port=8080；try/监听服务器端口，等待连接请求server_socket=new ServerSocket(port)；System.out.println(httpServer running on port+server_socket.getLocalPort()；.连接处理分线程设计在分线程httpRequestHandler类中实现了HTTP协议的处理，这个类实现了Runnable接口，代码如下：class httpRequestHa