【系统设计】用python搭个web服务器玩玩(一)

若是你想成为一个优秀的开发者,你应该对平常使用的软件系统的内部结构有深刻的理解,包括编程语言、数据库及操做系统、Web 服务器及 Web 框架。并且,为了更好更深刻地理解这些系统,你应当从头开始,用一砖一瓦来从新构建这个系统。python

在Ruslan的三篇系列文章中教咱们如何从头开始创造一个简单的Web 服务器,来帮助你们更好的理解web服务器,本文主要是对Ruslan三篇文章的翻译以及加上本身的一些理解而成,但愿能对你们有帮助,为了更好的理解本文,能够参考协议森林系列先生,要点单吗? (HTTP协议概览)(请戳我)web

web服务器是什么

要构建本身的web服务器,首先要知道Web 服务器是什么?下面就是一个典型的web服务器,相信你们在生活中都使用过:
【系统设计】用python搭个web服务器玩玩(一)
简而言之,web服务器是一个运行的网络服务器(也就是一个软件),等待客户端向其发送请求。当它接收请求后,会生成响应,并回送至客户端。客户端和服务端之间经过 HTTP 协议来实现相互交流。客户端能够是你的浏览器,也能够是使用 HTTP 协议的其它任何软件,其实,在你看这篇公众号文章的时候,使用的就是web服务器提供的服务。数据库

一个简单的web服务器实现

商用web服务器是很复杂的,动辄几十万行代码是很常见的,可是它也能够很简单,简单到几十行代码就能搞定。不信,看Ruslan先生的初版web服务器代码。这个例子由 Python 写成,即便你没据说过 Python(它是一门超级容易上手的语言,快去试试看!),你也应该可以从代码及注释中理解其中的理念:编程

import socket
HOST, PORT = '', 8888
listen_socket = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
listen_socket.setsockopt(socket.SOL_SOCKET, socket.SO_REUSEADDR, 1)
listen_socket.bind((HOST, PORT))
listen_socket.listen(1)
print 'Serving HTTP on port %s ...' % PORT
while True:
    client_connection, client_address = listen_socket.accept()
    request = client_connection.recv(1024)    
    print request

    http_response = """\
HTTP/1.1 200 OK

Hello, World!"""
    client_connection.sendall(http_response)
    client_connection.close()

将以上代码保存为 webserver1.py,而后,在命令行中运行这个程序。像这样:浏览器

$ python webserver1.py
Serving HTTP on port 8888 ...

如今,在你的网页浏览器的地址栏中输入 URL:http://localhost:8888/hello ,敲一下回车,而后来见证奇迹。你应该看到“Hello, World!”显示在你的浏览器中,就像下图那样:
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web服务器工做流程
如今咱们来讨论一下它其实是怎么工做的。首先咱们从你刚刚输入的 Web 地址开始。它叫 URL,这是它的基本结构:
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URL 是一个 Web 服务器的地址,浏览器用这个地址来寻找并链接 Web 服务器,并将上面的内容返回给你。在你的浏览器可以发送 HTTP 请求以前,它须要与 Web 服务器创建一个 TCP 链接。而后会在TCP 链接中发送 HTTP 请求,并等待服务器返回 HTTP 响应。当你的浏览器收到响应后,就会显示其内容,在上面的例子中,它显示了“Hello, World!”。网络

咱们来进一步探索在发送 HTTP 请求以前,客户端与服务器创建 TCP 链接的过程。为了创建连接,它们使用了socket(套接字)。咱们如今不直接使用浏览器发送请求,而在命令行中用 telnet 来人工模拟这个过程。架构

在你运行 Web 服务器的电脑上,在命令行中创建一个 telnet 会话,指定一个本地域名,使用端口 8888,而后按下回车:框架

$ telnet localhost 8888
Trying 127.0.0.1 ...
Connected to localhost.

这个时候,你已经与运行在你本地主机的服务器创建了一个 TCP 链接。在下图中,你能够看到一个服务器从头开始,到可以创建 TCP 链接的基本过程。
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在同一个 telnet 会话中,输入 GET /hello HTTP/1.1,而后输入回车:socket

$ telnet localhost 8888
Trying 127.0.0.1 ...Connected to localhost.
GET /hello HTTP/1.1

HTTP/1.1 200 OK
Hello, World!

你刚刚手动模拟了你的浏览器(的工做)!你发送了 HTTP 请求,而且收到了一个 HTTP 应答。下面是一个 HTTP 请求的基本结构:
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HTTP 请求的第一行由三部分组成:HTTP 方法(GET,由于咱们想让咱们的服务器返回一些内容),以及标明所需页面的路径 /hello,还有协议版本。

为了简单一些,咱们刚刚构建的 Web 服务器彻底忽略了上面的请求内容。你也能够试着输入一些无用内容而不是“GET /hello HTTP/1.1”,但你仍然会收到一个“Hello, World!”响应。

一旦你输入了请求行并敲了回车,客户端就会将请求发送至服务器;服务器读取请求行,就会返回相应的 HTTP 响应。

下面是服务器返回客户端(在上面的例子里是 telnet)的响应内容:
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这个响应由三部分组成:一个状态行 HTTP/1.1 200 OK,后面跟着一个空行,再下面是响应正文。

HTTP 响应的状态行 HTTP/1.1 200 OK 包含了 HTTP 版本号,HTTP 状态码200以及 HTTP 状态短语“OK”。当浏览器收到响应后,它会将响应正文显示出来,这也就是为何你会在浏览器中看到“Hello, World!”。

以上就是 Web 服务器的基本工做模型。总结一下:Web 服务器建立一个处于监听状态的套接字,循环接收新的链接。客户端创建 TCP 链接成功后,会向服务器发送 HTTP 请求,而后服务器会以一个 HTTP 响应作应答,客户端会将 HTTP 的响应内容显示给用户。为了创建 TCP 链接,客户端和服务端均会使用套接字。

如今,你应该了解了 Web 服务器的基本工做方式,你能够使用浏览器或其它 HTTP 客户端进行试验。若是你尝试过、观察过,你应该也可以使用 telnet,人工编写 HTTP 请求,成为一个“人形” HTTP 客户端。

如今留一个小问题:“你要如何在不对程序作任何改动的状况下,在你刚刚搭建起来的 Web 服务器上适配 Django, Flask 或 Pyramid 应用呢?”将在本系列的第二部分中来详细讲解。

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