項(xiàng)目介紹

本項(xiàng)目實(shí)現(xiàn)的是一個(gè)HTTP服務(wù)器，項(xiàng)目中將會(huì)通過(guò)基本的網(wǎng)絡(luò)套接字讀取客戶端發(fā)來(lái)的HTTP請(qǐng)求并進(jìn)行分析，最終構(gòu)建HTTP響應(yīng)并返回給客戶端。

HTTP在網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用層中的地位是不可撼動(dòng)的，無(wú)論是移動(dòng)端還是PC端瀏覽器，HTTP無(wú)疑是打開(kāi)互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用窗口的重要協(xié)議。

該項(xiàng)目將會(huì)把HTTP中最核心的模塊抽取出來(lái)，采用CS模型實(shí)現(xiàn)一個(gè)小型的HTTP服務(wù)器，目的在于理解HTTP協(xié)議的處理過(guò)程。

該項(xiàng)目主要涉及C/C++、HTTP協(xié)議、網(wǎng)絡(luò)套接字編程、CGI、單例模式、多線程、線程池等方面的技術(shù)。

網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧介紹

協(xié)議分層

協(xié)議分層

網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧的分層情況如下：

網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧中各層的功能如下：

• 應(yīng)用層：根據(jù)特定的通信目的，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，以達(dá)到某種業(yè)務(wù)性的目的。
• 傳輸層：處理傳輸時(shí)遇到的問(wèn)題，主要是保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃浴?/li>
• 網(wǎng)絡(luò)層：完成數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)發(fā)，解決數(shù)據(jù)去哪里的問(wèn)題。
• 鏈路層：負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)真正的發(fā)生過(guò)程。

數(shù)據(jù)的封裝與分用

數(shù)據(jù)的封裝與分用

數(shù)據(jù)封裝與分用的過(guò)程如下：

也就是說(shuō)，發(fā)送端在發(fā)生數(shù)據(jù)前，該數(shù)據(jù)需要先自頂向下貫穿網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧完成數(shù)據(jù)的封裝，在這個(gè)過(guò)程中，每一層協(xié)議都會(huì)為該數(shù)據(jù)添加上對(duì)應(yīng)的報(bào)頭信息。接收端在收到數(shù)據(jù)后，該數(shù)據(jù)需要先自底向上貫穿網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧完成數(shù)據(jù)的解包和分用，在這個(gè)過(guò)程中，每一層協(xié)議都會(huì)將對(duì)應(yīng)的報(bào)頭信息提取出來(lái)。

而本項(xiàng)目要做的就是，在接收到客戶端發(fā)來(lái)的HTTP請(qǐng)求后，將HTTP的報(bào)頭信息提取出來(lái)，然后對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，最終將處理結(jié)果添加上HTTP報(bào)頭再發(fā)送給客戶端。

需要注意的是，該項(xiàng)目中我們所處的位置是應(yīng)用層，因此我們讀取的HTTP請(qǐng)求實(shí)際是從傳輸層讀取上來(lái)的，而我們發(fā)送的HTTP響應(yīng)實(shí)際也只是交給了傳輸層，數(shù)據(jù)真正的發(fā)送還得靠網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧中的下三層來(lái)完成，這里直接說(shuō)“接收到客戶端的HTTP請(qǐng)求”以及“發(fā)送HTTP響應(yīng)給客戶端”，只是為了方便大家理解，此外，同層協(xié)議之間本身也是可以理解成是在直接通信的。

HTTP相關(guān)知識(shí)介紹

HTTP的特點(diǎn)

HTTP的五大特點(diǎn)

HTTP的五大特點(diǎn)如下：

• 客戶端服務(wù)器模式（CS，BS）： 在一條通信線路上必定有一端是客戶端，另一端是服務(wù)器端，請(qǐng)求從客戶端發(fā)出，服務(wù)器響應(yīng)請(qǐng)求并返回。
• 簡(jiǎn)單快速： 客戶端向服務(wù)器請(qǐng)求服務(wù)時(shí)，只需傳送請(qǐng)求方法和請(qǐng)求資源路徑，不需要發(fā)送額外過(guò)多的數(shù)據(jù)，并且由于HTTP協(xié)議結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單，使得HTTP服務(wù)器的程序規(guī)模小，因此通信速度很快。
• 靈活： HTTP協(xié)議對(duì)數(shù)據(jù)對(duì)象沒(méi)有要求，允許傳輸任意類型的數(shù)據(jù)對(duì)象，對(duì)于正在傳輸?shù)臄?shù)據(jù)類型，HTTP協(xié)議將通過(guò)報(bào)頭中的Content-Type屬性加以標(biāo)記。
• 無(wú)連接： 每次連接都只會(huì)對(duì)一個(gè)請(qǐng)求進(jìn)行處理，當(dāng)服務(wù)器對(duì)客戶端的請(qǐng)求處理完畢并收到客戶端的應(yīng)答后，就會(huì)直接斷開(kāi)連接。HTTP協(xié)議采用這種方式可以大大節(jié)省傳輸時(shí)間，提高傳輸效率。
• 無(wú)狀態(tài)： HTTP協(xié)議自身不對(duì)請(qǐng)求和響應(yīng)之間的通信狀態(tài)進(jìn)行保存，每個(gè)請(qǐng)求都是獨(dú)立的，這是為了讓HTTP能更快地處理大量事務(wù)，確保協(xié)議的可伸縮性而特意設(shè)計(jì)的。

說(shuō)明一下：

• 隨著HTTP的普及，文檔中包含大量圖片的情況多了起來(lái)，每次請(qǐng)求都要斷開(kāi)連接，無(wú)疑增加了通信量的開(kāi)銷，因此HTTP1.1支持了長(zhǎng)連接Keey-Alive，就是任意一端只要沒(méi)有明確提出斷開(kāi)連接，則保持連接狀態(tài)。（當(dāng)前項(xiàng)目實(shí)現(xiàn)的是1.0版本的HTTP服務(wù)器，因此不涉及長(zhǎng)連接）
• HTTP無(wú)狀態(tài)的特點(diǎn)無(wú)疑可以減少服務(wù)器內(nèi)存資源的消耗，但是問(wèn)題也是顯而易見(jiàn)的。比如某個(gè)網(wǎng)站需要登錄后才能訪問(wèn)，由于無(wú)狀態(tài)的特點(diǎn)，那么每次跳轉(zhuǎn)頁(yè)面的時(shí)候都需要重新登錄。為了解決無(wú)狀態(tài)的問(wèn)題，于是引入了Cookie技術(shù)，通過(guò)在請(qǐng)求和響應(yīng)報(bào)文中寫入Cookie信息來(lái)控制客戶端的狀態(tài)，同時(shí)為了保護(hù)用戶數(shù)據(jù)的安全，又引入了Session技術(shù)，因此現(xiàn)在主流的HTTP服務(wù)器都是通過(guò)Cookie+Session的方式來(lái)控制客戶端的狀態(tài)的。

URL格式

URL（Uniform Resource Lacator）叫做統(tǒng)一資源定位符，也就是我們通常所說(shuō)的網(wǎng)址，是因特網(wǎng)的萬(wàn)維網(wǎng)服務(wù)程序上用于指定信息位置的表示方法。

一個(gè)URL大致由如下幾部分構(gòu)成：

簡(jiǎn)單說(shuō)明：

• http://表示的是協(xié)議名稱，表示請(qǐng)求時(shí)需要使用的協(xié)議，通常使用的是HTTP協(xié)議或安全協(xié)議HTTPS。
• user:pass表示的是登錄認(rèn)證信息，包括登錄用戶的用戶名和密碼。（可省略）
• www.example.jp表示的是服務(wù)器地址，通常以域名的形式表示。
• 80表示的是服務(wù)器的端口號(hào)。（可省略）
• /dir/index.html表示的是要訪問(wèn)的資源所在的路徑（/表示的是web根目錄）。
• uid=1表示的是請(qǐng)求時(shí)通過(guò)URL傳遞的參數(shù)，這些參數(shù)以鍵值對(duì)的形式通過(guò)&符號(hào)分隔開(kāi)。（可省略）
• ch1表示的是片段標(biāo)識(shí)符，是對(duì)資源的部分補(bǔ)充。（可省略）

注意：

• 如果訪問(wèn)服務(wù)器時(shí)沒(méi)有指定要訪問(wèn)的資源路徑，那么瀏覽器會(huì)自動(dòng)幫我們添加/，但此時(shí)仍然沒(méi)有指明要訪問(wèn)web根目錄下的哪一個(gè)資源文件，這時(shí)默認(rèn)訪問(wèn)的是目標(biāo)服務(wù)的首頁(yè)。
• 大部分URL中的端口號(hào)都是省略的，因?yàn)槌Ｒ?jiàn)協(xié)議對(duì)應(yīng)的端口號(hào)都是固定的，比如HTTP、HTTPS和SSH對(duì)應(yīng)的端口號(hào)分別是80、443和22，在使用這些常見(jiàn)協(xié)議時(shí)不必指明協(xié)議對(duì)應(yīng)的端口號(hào)，瀏覽器會(huì)自動(dòng)幫我們進(jìn)行填充。

URI、URL、URN

URI、URL、URN的定義

URI、URL、URN的定義如下：

• URI（Uniform Resource Indentifier）統(tǒng)一資源標(biāo)識(shí)符：用來(lái)唯一標(biāo)識(shí)資源。
• URL（Uniform Resource Locator）統(tǒng)一資源定位符：用來(lái)定位唯一的資源。
• URN（Uniform Resource Name）統(tǒng)一資源名稱：通過(guò)名字來(lái)標(biāo)識(shí)資源，比如mailto:java-net@java.sun.com。

URI、URL、URN三者的關(guān)系

URL是URI的一種，URL不僅能唯一標(biāo)識(shí)資源，還定義了該如何訪問(wèn)或定位該資源，URN也是URI的一種，URN通過(guò)名字來(lái)標(biāo)識(shí)資源，因此URL和URN都是URI的子集。

URI、URL、URN三者的關(guān)系如下：

絕對(duì)的URI和相對(duì)的URI

URI有絕對(duì)和相對(duì)之分：

• 絕對(duì)的URI： 對(duì)標(biāo)識(shí)符出現(xiàn)的環(huán)境沒(méi)有依賴，比如URL就是一種絕對(duì)的URI，同一個(gè)URL無(wú)論出現(xiàn)在什么地方都能唯一標(biāo)識(shí)同一個(gè)資源。
• 相對(duì)的URI： 對(duì)標(biāo)識(shí)符出現(xiàn)的環(huán)境有依賴，比如HTTP請(qǐng)求行中的請(qǐng)求資源路徑就是一種相對(duì)的URI，這個(gè)資源路徑出現(xiàn)在不同的主機(jī)上標(biāo)識(shí)的就是不同的資源。

HTTP的協(xié)議格式

HTTP請(qǐng)求協(xié)議格式

HTTP請(qǐng)求協(xié)議格式如下：

HTTP請(qǐng)求由以下四部分組成：

• 請(qǐng)求行：[請(qǐng)求方法] + [URI] + [HTTP版本]。
• 請(qǐng)求報(bào)頭：請(qǐng)求的屬性，這些屬性都是以key: value的形式按行陳列的。
• 空行：遇到空行表示請(qǐng)求報(bào)頭結(jié)束。
• 請(qǐng)求正文：請(qǐng)求正文允許為空字符串，如果請(qǐng)求正文存在，則在請(qǐng)求報(bào)頭中會(huì)有一個(gè)Content-Length屬性來(lái)標(biāo)識(shí)請(qǐng)求正文的長(zhǎng)度。

HTTP響應(yīng)協(xié)議格式

HTTP響應(yīng)協(xié)議格式如下：

HTTP響應(yīng)由以下四部分組成：

• 狀態(tài)行：[HTTP版本] + [狀態(tài)碼] + [狀態(tài)碼描述]。
• 響應(yīng)報(bào)頭：響應(yīng)的屬性，這些屬性都是以key: value的形式按行陳列的。
• 空行：遇到空行表示響應(yīng)報(bào)頭結(jié)束。
• 響應(yīng)正文：響應(yīng)正文允許為空字符串，如果響應(yīng)正文存在，則在響應(yīng)報(bào)頭中會(huì)有一個(gè)Content-Length屬性來(lái)標(biāo)識(shí)響應(yīng)正文的長(zhǎng)度。

HTTP的請(qǐng)求方法

HTTP的請(qǐng)求方法

HTTP常見(jiàn)的請(qǐng)求方法如下：

GET方法和POST方法

HTTP的請(qǐng)求方法中最常用的就是GET方法和POST方法，其中GET方法一般用于獲取某種資源信息，而POST方法一般用于將數(shù)據(jù)上傳給服務(wù)器，但實(shí)際GET方法也可以用來(lái)上傳數(shù)據(jù)，比如百度搜索框中的數(shù)據(jù)就是使用GET方法提交的。

GET方法和POST方法都可以帶參，其中GET方法通過(guò)URL傳參，POST方法通過(guò)請(qǐng)求正文傳參。由于URL的長(zhǎng)度是有限制的，因此GET方法攜帶的參數(shù)不能太長(zhǎng)，而POST方法通過(guò)請(qǐng)求正文傳參，一般參數(shù)長(zhǎng)度沒(méi)有限制。

HTTP的狀態(tài)碼

HTTP的狀態(tài)碼

HTTP狀態(tài)碼是用來(lái)表示服務(wù)器HTTP響應(yīng)狀態(tài)的3位數(shù)字代碼，通過(guò)狀態(tài)碼可以知道服務(wù)器端是否正確的處理了請(qǐng)求，以及請(qǐng)求處理錯(cuò)誤的原因。

HTTP的狀態(tài)碼如下：

常見(jiàn)狀態(tài)碼

常見(jiàn)的狀態(tài)碼如下：

HTTP常見(jiàn)的Header

HTTP常見(jiàn)的Header

HTTP常見(jiàn)的Header如下：

• Content-Type：數(shù)據(jù)類型（text/html等）。
• Content-Length：正文的長(zhǎng)度。
• Host：客戶端告知服務(wù)器，所請(qǐng)求的資源是在哪個(gè)主機(jī)的哪個(gè)端口上。
• User-Agent：聲明用戶的操作系統(tǒng)和瀏覽器的版本信息。
• Referer：當(dāng)前頁(yè)面是哪個(gè)頁(yè)面跳轉(zhuǎn)過(guò)來(lái)的。
• Location：搭配3XX狀態(tài)碼使用，告訴客戶端接下來(lái)要去哪里訪問(wèn)。
• Cookie：用戶在客戶端存儲(chǔ)少量信息，通常用于實(shí)現(xiàn)會(huì)話（session）的功能。

簡(jiǎn)歷沒(méi)項(xiàng)目可寫？加入學(xué)習(xí)更多實(shí)戰(zhàn)項(xiàng)目（完整視頻教程+源碼+難點(diǎn)答疑）

CGI機(jī)制介紹

CGI機(jī)制的概念

CGI（Common Gateway Interface，通用網(wǎng)關(guān)接口）是一種重要的互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，可以讓一個(gè)客戶端，從網(wǎng)頁(yè)瀏覽器向執(zhí)行在網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器上的程序請(qǐng)求數(shù)據(jù)。CGI描述了服務(wù)器和請(qǐng)求處理程序之間傳輸數(shù)據(jù)的一種標(biāo)準(zhǔn)。

實(shí)際我們?cè)谶M(jìn)行網(wǎng)絡(luò)請(qǐng)求時(shí)，無(wú)非就兩種情況：

• 瀏覽器想從服務(wù)器上拿下來(lái)某種資源，比如打開(kāi)網(wǎng)頁(yè)、下載等。
• 瀏覽器想將自己的數(shù)據(jù)上傳至服務(wù)器，比如上傳視頻、登錄、注冊(cè)等。

通常從服務(wù)器上獲取資源對(duì)應(yīng)的請(qǐng)求方法就是GET方法，而將數(shù)據(jù)上傳至服務(wù)器對(duì)應(yīng)的請(qǐng)求方法就是POST方法，但實(shí)際GET方法有時(shí)也會(huì)用于上傳數(shù)據(jù)，只不過(guò)POST方法是通過(guò)請(qǐng)求正文傳參的，而GET方法是通過(guò)URL傳參的。

而用戶將自己的數(shù)據(jù)上傳至服務(wù)器并不僅僅是為了上傳，用戶上傳數(shù)據(jù)的目的是為了讓HTTP或相關(guān)程序?qū)υ摂?shù)據(jù)進(jìn)行處理，比如用戶提交的是搜索關(guān)鍵字，那么服務(wù)器就需要在后端進(jìn)行搜索，然后將搜索結(jié)果返回給瀏覽器，再由瀏覽器對(duì)HTML文件進(jìn)行渲染刷新展示給用戶。

但實(shí)際對(duì)數(shù)據(jù)的處理與HTTP的關(guān)系并不大，而是取決于上層具體的業(yè)務(wù)場(chǎng)景的，因此HTTP不對(duì)這些數(shù)據(jù)做處理。但HTTP提供了CGI機(jī)制，上層可以在服務(wù)器中部署若干個(gè)CGI程序，這些CGI程序可以用任何程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言編寫，當(dāng)HTTP獲取到數(shù)據(jù)后會(huì)將其提交給對(duì)應(yīng)CGI程序進(jìn)行處理，然后再用CGI程序的處理結(jié)果構(gòu)建HTTP響應(yīng)返回給瀏覽器。

其中HTTP獲取到數(shù)據(jù)后，如何調(diào)用目標(biāo)CGI程序、如何傳遞數(shù)據(jù)給CGI程序、如何拿到CGI程序的處理結(jié)果，這些都屬于CGI機(jī)制的通信細(xì)節(jié)，而本項(xiàng)目就是要實(shí)現(xiàn)一個(gè)HTTP服務(wù)器，因此CGI的所有交互細(xì)節(jié)都需要由我們來(lái)完成。

何時(shí)需要使用CGI模式

只要用戶請(qǐng)求服務(wù)器時(shí)上傳了數(shù)據(jù)，那么服務(wù)器就需要使用CGI模式對(duì)用戶上傳的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，而如果用戶只是單純的想請(qǐng)求服務(wù)器上的某個(gè)資源文件則不需要使用CGI模式，此時(shí)直接將用戶請(qǐng)求的資源文件返回給用戶即可。

此外，如果用戶請(qǐng)求的是服務(wù)器上的一個(gè)可執(zhí)行程序，說(shuō)明用戶想讓服務(wù)器運(yùn)行這個(gè)可執(zhí)行程序，此時(shí)也需要使用CGI模式。

CGI機(jī)制的實(shí)現(xiàn)步驟

一、創(chuàng)建子進(jìn)程進(jìn)行程序替換

服務(wù)器獲取到新連接后一般會(huì)創(chuàng)建一個(gè)新線程為其提供服務(wù)，而要執(zhí)行CGI程序一定需要調(diào)用exec系列函數(shù)進(jìn)行進(jìn)程程序替換，但服務(wù)器創(chuàng)建的新線程與服務(wù)器進(jìn)程使用的是同一個(gè)進(jìn)程地址空間，如果直接讓新線程調(diào)用exec系列函數(shù)進(jìn)行進(jìn)程程序替換，此時(shí)服務(wù)器進(jìn)程的代碼和數(shù)據(jù)就會(huì)直接被替換掉，相當(dāng)于HTTP服務(wù)器在執(zhí)行一次CGI程序后就直接退出了，這肯定是不合理的。因此新線程需要先調(diào)用fork函數(shù)創(chuàng)建子進(jìn)程，然后讓子進(jìn)程調(diào)用exec系列函數(shù)進(jìn)行進(jìn)程程序替換。

二、完成管道通信信道的建立

調(diào)用CGI程序的目的是為了讓其進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，因此我們需要通過(guò)某種方式將數(shù)據(jù)交給CGI程序，并且還要能夠獲取到CGI程序處理數(shù)據(jù)后的結(jié)果，也就是需要進(jìn)行進(jìn)程間通信。因?yàn)檫@里的服務(wù)器進(jìn)程和CGI進(jìn)程是父子進(jìn)程，因此優(yōu)先選擇使用匿名管道。

由于父進(jìn)程不僅需要將數(shù)據(jù)交給子進(jìn)程，還需要從子進(jìn)程那里獲取數(shù)據(jù)處理的結(jié)果，而管道是半雙工通信的，為了實(shí)現(xiàn)雙向通信于是需要借助兩個(gè)匿名管道，因此在創(chuàng)建調(diào)用fork子進(jìn)程之前需要先創(chuàng)建兩個(gè)匿名管道，在創(chuàng)建子進(jìn)程后還需要父子進(jìn)程分別關(guān)閉兩個(gè)管道對(duì)應(yīng)的讀寫端。

三、完成重定向相關(guān)的設(shè)置

創(chuàng)建用于父子進(jìn)程間通信的兩個(gè)匿名管道時(shí)，父子進(jìn)程都是各自用兩個(gè)變量來(lái)記錄管道對(duì)應(yīng)讀寫端的文件描述符的，但是對(duì)于子進(jìn)程來(lái)說(shuō)，當(dāng)子進(jìn)程調(diào)用exec系列函數(shù)進(jìn)行程序替換后，子進(jìn)程的代碼和數(shù)據(jù)就被替換成了目標(biāo)CGI程序的代碼和數(shù)據(jù)，這也就意味著被替換后的CGI程序無(wú)法得知管道對(duì)應(yīng)的讀寫端，這樣父子進(jìn)程之間也就無(wú)法進(jìn)行通信了。

需要注意的是，進(jìn)程程序替換只替換對(duì)應(yīng)進(jìn)程的代碼和數(shù)據(jù)，而對(duì)于進(jìn)程的進(jìn)程控制塊、頁(yè)表、打開(kāi)的文件等內(nèi)核數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是不做任何替換的。因此子進(jìn)程進(jìn)行進(jìn)程程序替換后，底層創(chuàng)建的兩個(gè)匿名管道仍然存在，只不過(guò)被替換后的CGI程序不知道這兩個(gè)管道對(duì)應(yīng)的文件描述符罷了。

這時(shí)我們可以做一個(gè)約定：被替換后的CGI程序，從標(biāo)準(zhǔn)輸入讀取數(shù)據(jù)等價(jià)于從管道讀取數(shù)據(jù)，向標(biāo)準(zhǔn)輸出寫入數(shù)據(jù)等價(jià)于向管道寫入數(shù)據(jù)。這樣一來(lái)，所有的CGI程序都不需要得知管道對(duì)應(yīng)的文件描述符了，當(dāng)需要讀取數(shù)據(jù)時(shí)直接從標(biāo)準(zhǔn)輸入中進(jìn)行讀取，而數(shù)據(jù)處理的結(jié)果就直接寫入標(biāo)準(zhǔn)輸出就行了。

當(dāng)然，這個(gè)約定并不是你說(shuō)有就有的，要實(shí)現(xiàn)這個(gè)約定需要在子進(jìn)程被替換之前進(jìn)行重定向，將0號(hào)文件描述符重定向到對(duì)應(yīng)管道的讀端，將1號(hào)文件描述符重定向到對(duì)應(yīng)管道的寫端。

四、父子進(jìn)程交付數(shù)據(jù)

這時(shí)父子進(jìn)程已經(jīng)能夠通過(guò)兩個(gè)匿名管道進(jìn)行通信了，接下來(lái)就應(yīng)該討論父進(jìn)程如何將數(shù)據(jù)交給CGI程序，以及CGI程序如何將數(shù)據(jù)處理結(jié)果交給父進(jìn)程了。

父進(jìn)程將數(shù)據(jù)交給CGI程序：

• 如果請(qǐng)求方法為GET方法，那么用戶是通過(guò)URL傳遞參數(shù)的，此時(shí)可以在子進(jìn)程進(jìn)行進(jìn)程程序替換之前，通過(guò)putenv函數(shù)將參數(shù)導(dǎo)入環(huán)境變量，由于環(huán)境變量也不受進(jìn)程程序替換的影響，因此被替換后的CGI程序就可以通過(guò)getenv函數(shù)來(lái)獲取對(duì)應(yīng)的參數(shù)。
• 如果請(qǐng)求方法為POST方法，那么用戶是通過(guò)請(qǐng)求正文傳參的，此時(shí)父進(jìn)程直接將請(qǐng)求正文中的數(shù)據(jù)寫入管道傳遞給CGI程序即可，但是為了讓CGI程序知道應(yīng)該從管道讀取多少個(gè)參數(shù)，父進(jìn)程還需要通過(guò)putenv函數(shù)將請(qǐng)求正文的長(zhǎng)度導(dǎo)入環(huán)境變量。

說(shuō)明一下：請(qǐng)求正文長(zhǎng)度、URL傳遞的參數(shù)以及請(qǐng)求方法都比較短，通過(guò)寫入管道來(lái)傳遞會(huì)導(dǎo)致效率降低，因此選擇通過(guò)導(dǎo)入環(huán)境變量的方式來(lái)傳遞。

也就是說(shuō)，使用CGI模式時(shí)如果請(qǐng)求方法為POST方法，那么CGI程序需要從管道讀取父進(jìn)程傳遞過(guò)來(lái)的數(shù)據(jù)，如果請(qǐng)求方法為GET方法，那么CGI程序需要從環(huán)境變量中獲取父進(jìn)程傳遞過(guò)來(lái)的數(shù)據(jù)。

但被替換后的CGI程序?qū)嶋H并不知道本次HTTP請(qǐng)求所對(duì)應(yīng)的請(qǐng)求方法，因此在子進(jìn)程在進(jìn)行進(jìn)程程序替換之前，還需要通過(guò)putenv函數(shù)將本次HTTP請(qǐng)求所對(duì)應(yīng)的請(qǐng)求方法也導(dǎo)入環(huán)境變量。因此CGI程序啟動(dòng)后，首先需要先通過(guò)環(huán)境變量得知本次HTTP請(qǐng)求所對(duì)應(yīng)的請(qǐng)求方法，然后再根據(jù)請(qǐng)求方法對(duì)應(yīng)從管道或環(huán)境變量中獲取父進(jìn)程傳遞過(guò)來(lái)的數(shù)據(jù)。

CGI程序讀取到父進(jìn)程傳遞過(guò)來(lái)的數(shù)據(jù)后，就可以進(jìn)行對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)處理了，最終將數(shù)據(jù)處理結(jié)果寫入到管道中，此時(shí)父進(jìn)程就可以從管道中讀取CGI程序的處理結(jié)果了。

CGI機(jī)制的意義

CGI機(jī)制的處理流程

CGI機(jī)制的處理流程如下：

處理HTTP請(qǐng)求的步驟如下：

• 判斷請(qǐng)求方法是GET方法還是POST方法，如果是GET方法帶參或POST方法則進(jìn)行CGI處理，如果是GET方法不帶參則進(jìn)行非CGI處理。
• 非CGI處理就是直接根據(jù)用戶請(qǐng)求的資源構(gòu)建HTTP響應(yīng)返回給瀏覽器。
• CGI處理就是通過(guò)創(chuàng)建子進(jìn)程進(jìn)行程序替換的方式來(lái)調(diào)用CGI程序，通過(guò)創(chuàng)建匿名管道、重定向、導(dǎo)入環(huán)境變量的方式來(lái)與CGI程序進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，最終根據(jù)CGI程序的處理結(jié)果構(gòu)建HTTP響應(yīng)返回給瀏覽器。

CGI機(jī)制的意義

• CGI機(jī)制就是讓服務(wù)器將獲取到的數(shù)據(jù)交給對(duì)應(yīng)的CGI程序進(jìn)行處理，然后將CGI程序的處理結(jié)果返回給客戶端，這顯然讓服務(wù)器邏輯和業(yè)務(wù)邏輯進(jìn)行了解耦，讓服務(wù)器和業(yè)務(wù)程序可以各司其職。
• CGI機(jī)制使得瀏覽器輸入的數(shù)據(jù)最終交給了CGI程序，而CGI程序輸出的結(jié)果最終交給了瀏覽器。這也就意味著CGI程序的開(kāi)發(fā)者，可以完全忽略中間服務(wù)器的處理邏輯，相當(dāng)于CGI程序從標(biāo)準(zhǔn)輸入就能讀取到瀏覽器輸入的內(nèi)容，CGI程序?qū)懭霕?biāo)準(zhǔn)輸出的數(shù)據(jù)最終就能輸出到瀏覽器。

日志編寫

服務(wù)器在運(yùn)作時(shí)會(huì)產(chǎn)生一些日志，這些日志會(huì)記錄下服務(wù)器運(yùn)行過(guò)程中產(chǎn)生的一些事件。

日志格式

本項(xiàng)目中的日志格式如下：

日志說(shuō)明：

• 日志級(jí)別： 分為四個(gè)等級(jí)，從低到高依次是INFO、WARNING、ERROR、FATAL。
• 時(shí)間戳： 事件產(chǎn)生的時(shí)間。
• 日志信息： 事件產(chǎn)生的日志信息。
• 錯(cuò)誤文件名稱： 事件在哪一個(gè)文件產(chǎn)生。
• 行數(shù)： 事件在對(duì)應(yīng)文件的哪一行產(chǎn)生。

日志級(jí)別說(shuō)明：

• INFO： 表示正常的日志輸出，一切按預(yù)期運(yùn)行。
• WARNING： 表示警告，該事件不影響服務(wù)器運(yùn)行，但存在風(fēng)險(xiǎn)。
• ERROR： 表示發(fā)生了某種錯(cuò)誤，但該事件不影響服務(wù)器繼續(xù)運(yùn)行。
• FATAL： 表示發(fā)生了致命的錯(cuò)誤，該事件將導(dǎo)致服務(wù)器停止運(yùn)行。

日志函數(shù)編寫

我們可以針對(duì)日志編寫一個(gè)輸出日志的Log函數(shù)，該函數(shù)的參數(shù)就包括日志級(jí)別、日志信息、錯(cuò)誤文件名稱、錯(cuò)誤的行數(shù)。如下：

說(shuō)明一下： 調(diào)用time函數(shù)時(shí)傳入nullptr即可獲取當(dāng)前的時(shí)間戳，因此調(diào)用Log函數(shù)時(shí)不必傳入時(shí)間戳。

文件名稱和行數(shù)的問(wèn)題

通過(guò)C語(yǔ)言中的預(yù)定義符號(hào)__FILE__和__LINE__，分別可以獲取當(dāng)前文件的名稱和當(dāng)前的行數(shù)，但最好在調(diào)用Log函數(shù)時(shí)不用調(diào)用者顯示的傳入__FILE__和__LINE__，因?yàn)槊看握{(diào)用Log函數(shù)時(shí)傳入的這兩個(gè)參數(shù)都是固定的。

需要注意的是，不能將__FILE__和__LINE__設(shè)置為參數(shù)的缺省值，因?yàn)檫@樣每次獲取到的都是Log函數(shù)所在的文件名稱和所在的行數(shù)。而宏可以在預(yù)處理期間將代碼插入到目標(biāo)地點(diǎn)，因此我們可以定義如下宏：

后續(xù)需要打印日志的時(shí)候就直接調(diào)用LOG，調(diào)用時(shí)只需要傳入日志級(jí)別和日志信息，在預(yù)處理期間__FILE__和__LINE__就會(huì)被插入到目標(biāo)地點(diǎn)，這時(shí)就能獲取到日志產(chǎn)生的文件名稱和對(duì)應(yīng)的行數(shù)了。

日志級(jí)別傳入問(wèn)題

我們后續(xù)調(diào)用LOG傳入日志級(jí)別時(shí)，肯定希望以INFO、WARNING這樣的方式傳入，而不是以"INFO"、"WARNING"這樣的形式傳入，這時(shí)我們可以將這四個(gè)日志級(jí)別定義為宏，然后通過(guò)#將宏參數(shù)level變成對(duì)應(yīng)的字符串。如下：

此時(shí)以INFO、WARNING的方式傳入LOG的宏參數(shù)，就會(huì)被轉(zhuǎn)換成對(duì)應(yīng)的字符串傳遞給Log函數(shù)的level參數(shù)，后續(xù)我們就可以以如下方式輸出日志了：

套接字相關(guān)代碼編寫

套接字相關(guān)代碼編寫

我們可以將套接字相關(guān)的代碼封裝到TcpServer類中，在初始化TcpServer對(duì)象時(shí)完成套接字的創(chuàng)建、綁定和監(jiān)聽(tīng)動(dòng)作，并向外提供一個(gè)Sock接口用于獲取監(jiān)聽(tīng)套接字。

此外，可以將TcpServer設(shè)置成單例模式：

1. 將TcpServer類的構(gòu)造函數(shù)設(shè)置為私有，并將拷貝構(gòu)造和拷貝賦值函數(shù)設(shè)置為私有或刪除，防止外部創(chuàng)建或拷貝對(duì)象。
2. 提供一個(gè)指向單例對(duì)象的static指針，并在類外將其初始化為nullptr。
3. 提供一個(gè)全局訪問(wèn)點(diǎn)獲取單例對(duì)象，在單例對(duì)象第一次被獲取的時(shí)候就創(chuàng)建這個(gè)單例對(duì)象并進(jìn)行初始化。

代碼如下：

說(shuō)明一下：

• 如果使用的是云服務(wù)器，那么在設(shè)置服務(wù)器的IP地址時(shí)，不需要顯式綁定IP地址，直接將IP地址設(shè)置為INADDR_ANY即可，此時(shí)服務(wù)器就可以從本地任何一張網(wǎng)卡當(dāng)中讀取數(shù)據(jù)。此外，由于INADDR_ANY本質(zhì)就是0，因此在設(shè)置時(shí)不需要進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)字節(jié)序列的轉(zhuǎn)換。
• 在第一次調(diào)用GetInstance獲取單例對(duì)象時(shí)需要?jiǎng)?chuàng)建單例對(duì)象，這時(shí)需要定義一個(gè)鎖來(lái)保證線程安全，代碼中以PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER的方式定義的靜態(tài)的鎖是不需要釋放的，同時(shí)為了保證后續(xù)調(diào)用GetInstance獲取單例對(duì)象時(shí)不會(huì)頻繁的加鎖解鎖，因此代碼中以雙檢查的方式進(jìn)行加鎖。

HTTP服務(wù)器主體邏輯

HTTP服務(wù)器主體邏輯

我們可以將HTTP服務(wù)器封裝成一個(gè)HttpServer類，在構(gòu)造HttpServer對(duì)象時(shí)傳入一個(gè)端口號(hào)，之后就可以調(diào)用Loop讓服務(wù)器運(yùn)行起來(lái)了。服務(wù)器運(yùn)行起來(lái)后要做的就是，先獲取單例對(duì)象TcpServer中的監(jiān)聽(tīng)套接字，然后不斷從監(jiān)聽(tīng)套接字中獲取新連接，每當(dāng)獲取到一個(gè)新連接后就創(chuàng)建一個(gè)新線程為該連接提供服務(wù)。

代碼如下：

說(shuō)明一下：

• 服務(wù)器需要將新連接對(duì)應(yīng)的套接字作為參數(shù)傳遞給新線程，為了避免該套接字在新線程讀取之前被下一次獲取到的套接字覆蓋，因此在傳遞套接字時(shí)最好重新new一塊空間來(lái)存儲(chǔ)套接字的值。
• 新線程創(chuàng)建后可以將新線程分離，分離后主線程繼續(xù)獲取新連接，而新線程則處理新連接發(fā)來(lái)的HTTP請(qǐng)求，代碼中的HandlerRequest函數(shù)就是新線程處理新連接時(shí)需要執(zhí)行的回調(diào)函數(shù)。

主函數(shù)邏輯

運(yùn)行服務(wù)器時(shí)要求指定服務(wù)器的端口號(hào)，我們用這個(gè)端口號(hào)創(chuàng)建一個(gè)HttpServer對(duì)象，然后調(diào)用Loop函數(shù)運(yùn)行服務(wù)器，此時(shí)服務(wù)器就會(huì)不斷獲取新連接并創(chuàng)建新線程來(lái)處理連接。

代碼如下：

HTTP請(qǐng)求結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

HTTP請(qǐng)求類

我們可以將HTTP請(qǐng)求封裝成一個(gè)類，這個(gè)類當(dāng)中包括HTTP請(qǐng)求的內(nèi)容、HTTP請(qǐng)求的解析結(jié)果以及是否需要使用CGI模式的標(biāo)志位。后續(xù)處理請(qǐng)求時(shí)就可以定義一個(gè)HTTP請(qǐng)求類，讀取到的HTTP請(qǐng)求的數(shù)據(jù)就存儲(chǔ)在這個(gè)類當(dāng)中，解析HTTP請(qǐng)求后得到的數(shù)據(jù)也存儲(chǔ)在這個(gè)類當(dāng)中。

代碼如下：

HTTP響應(yīng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

HTTP響應(yīng)類

HTTP響應(yīng)也可以封裝成一個(gè)類，這個(gè)類當(dāng)中包括HTTP響應(yīng)的內(nèi)容以及構(gòu)建HTTP響應(yīng)所需要的數(shù)據(jù)。后續(xù)構(gòu)建響應(yīng)時(shí)就可以定義一個(gè)HTTP響應(yīng)類，構(gòu)建響應(yīng)需要使用的數(shù)據(jù)就存儲(chǔ)在這個(gè)類當(dāng)中，構(gòu)建后得到的響應(yīng)內(nèi)容也存儲(chǔ)在這個(gè)類當(dāng)中。

代碼如下：

EndPoint類編寫

EndPoint結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

EndPoint結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

EndPoint這個(gè)詞經(jīng)常用來(lái)描述進(jìn)程間通信，比如在客戶端和服務(wù)器通信時(shí)，客戶端是一個(gè)EndPoint，服務(wù)器則是另一個(gè)EndPoint，因此這里將處理請(qǐng)求的類取名為EndPoint。

EndPoint類中包含三個(gè)成員變量：

• sock：表示與客戶端進(jìn)行通信的套接字。
• http_request：表示客戶端發(fā)來(lái)的HTTP請(qǐng)求。
• http_response：表示將會(huì)發(fā)送給客戶端的HTTP響應(yīng)。

EndPoint類中主要包含四個(gè)成員函數(shù)：

• RecvHttpRequest：讀取客戶端發(fā)來(lái)的HTTP請(qǐng)求。
• HandlerHttpRequest：處理客戶端發(fā)來(lái)的HTTP請(qǐng)求。
• BuildHttpResponse：構(gòu)建將要發(fā)送給客戶端的HTTP響應(yīng)。
• SendHttpResponse：發(fā)送HTTP響應(yīng)給客戶端。

代碼如下：

設(shè)計(jì)線程回調(diào)

設(shè)計(jì)線程回調(diào)

服務(wù)器每獲取到一個(gè)新連接就會(huì)創(chuàng)建一個(gè)新線程來(lái)進(jìn)行處理，而這個(gè)線程要做的實(shí)際就是定義一個(gè)EndPoint對(duì)象，然后依次進(jìn)行讀取請(qǐng)求、處理請(qǐng)求、構(gòu)建響應(yīng)、發(fā)送響應(yīng)，處理完畢后將與客戶端建立的套接字關(guān)閉即可。

代碼如下：

讀取HTTP請(qǐng)求

讀取HTTP請(qǐng)求

讀取HTTP請(qǐng)求的同時(shí)可以對(duì)HTTP請(qǐng)求進(jìn)行解析，這里我們分為五個(gè)步驟，分別是讀取請(qǐng)求行、讀取請(qǐng)求報(bào)頭和空行、解析請(qǐng)求行、解析請(qǐng)求報(bào)頭、讀取請(qǐng)求正文。

代碼如下：

一、讀取請(qǐng)求行

讀取請(qǐng)求行很簡(jiǎn)單，就是從套接字中讀取一行內(nèi)容存儲(chǔ)到HTTP請(qǐng)求類中的request_line中即可。

代碼如下：

需要注意的是，這里在按行讀取HTTP請(qǐng)求時(shí)，不能直接使用C/C++提供的gets或getline函數(shù)進(jìn)行讀取，因?yàn)椴煌脚_(tái)下的行分隔符可能是不一樣的，可能是r、n或者rn。

比如下面是用WFetch請(qǐng)求百度首頁(yè)時(shí)得到的HTTP響應(yīng)，可以看到其中使用的行分隔符就是rn：

因此我們這里需要自己寫一個(gè)ReadLine函數(shù)，以確保能夠兼容這三種行分隔符。我們可以把這個(gè)函數(shù)寫到一個(gè)工具類當(dāng)中，后續(xù)編寫的處理字符串的函數(shù)也都寫到這個(gè)類當(dāng)中。

ReadLine函數(shù)的處理邏輯如下：

• 從指定套接字中讀取一個(gè)個(gè)字符。
• 如果讀取到的字符既不是n也不是r，則將讀取到的字符push到用戶提供的緩沖區(qū)后繼續(xù)讀取下一個(gè)字符。
• 如果讀取到的字符是n，則說(shuō)明行分隔符是n，此時(shí)將npush到用戶提供的緩沖區(qū)后停止讀取。
• 如果讀取到的字符是r，則需要繼續(xù)窺探下一個(gè)字符是否是n，如果窺探成功則說(shuō)明行分隔符為rn，此時(shí)將未讀取的n讀取上來(lái)后，將npush到用戶提供的緩沖區(qū)后停止讀?。蝗绻Q探失敗則說(shuō)明行分隔符是r，此時(shí)也將npush到用戶提供的緩沖區(qū)后停止讀取。

也就是說(shuō)，無(wú)論是哪一種行分隔符，最終讀取完一行后我們都把npush到了用戶提供的緩沖區(qū)當(dāng)中，相當(dāng)于將這三種行分隔符統(tǒng)一轉(zhuǎn)換成了以n為行分隔符，只不過(guò)最終我們把n一同讀取到了用戶提供的緩沖區(qū)中罷了，因此如果調(diào)用者不需要讀取上來(lái)的n，需要后續(xù)自行將其去掉。

代碼如下：

說(shuō)明一下：recv函數(shù)的最后一個(gè)參數(shù)如果設(shè)置為MSG_PEEK，那么recv函數(shù)將返回TCP接收緩沖區(qū)頭部指定字節(jié)個(gè)數(shù)的數(shù)據(jù)，但是并不把這些數(shù)據(jù)從TCP接收緩沖區(qū)中取走，這個(gè)叫做數(shù)據(jù)的窺探功能。

二、讀取請(qǐng)求報(bào)頭和空行

由于HTTP的請(qǐng)求報(bào)頭和空行都是按行陳列的，因此可以循環(huán)調(diào)用ReadLine函數(shù)進(jìn)行讀取，并將讀取到的每行數(shù)據(jù)都存儲(chǔ)到HTTP請(qǐng)求類的request_header中，直到讀取到空行為止。

代碼如下：

說(shuō)明一下：

• 由于ReadLine函數(shù)是將讀取到的數(shù)據(jù)直接push_back到用戶提供的緩沖區(qū)中的，因此每次調(diào)用ReadLine函數(shù)進(jìn)行讀取之前需要將緩沖區(qū)清空。
• ReadLine函數(shù)會(huì)將行分隔符n一同讀取上來(lái)，但對(duì)于我們來(lái)說(shuō)n并不是有效數(shù)據(jù)，因此在將讀取到的行存儲(chǔ)到HTTP請(qǐng)求類的request_header中之前，需要先將n去掉。

三、解析請(qǐng)求行

解析請(qǐng)求行要做的就是將請(qǐng)求行中的請(qǐng)求方法、URI和HTTP版本號(hào)拆分出來(lái)，依次存儲(chǔ)到HTTP請(qǐng)求類的method、uri和version中，由于請(qǐng)求行中的這些數(shù)據(jù)都是以空格作為分隔符的，因此可以借助一個(gè)stringstream對(duì)象來(lái)進(jìn)行拆分。此外，為了后續(xù)能夠正確判斷用戶的請(qǐng)求方法，這里需要通過(guò)transform函數(shù)統(tǒng)一將請(qǐng)求方法轉(zhuǎn)換為全大寫。

代碼如下：

四、解析請(qǐng)求報(bào)頭

解析請(qǐng)求報(bào)頭要做的就是將讀取到的一行一行的請(qǐng)求報(bào)頭，以: 為分隔符拆分成一個(gè)個(gè)的鍵值對(duì)存儲(chǔ)到HTTP請(qǐng)求的header_kv中，后續(xù)就可以直接通過(guò)屬性名獲取到對(duì)應(yīng)的值了。

代碼如下：

此處用于切割字符串的CutString函數(shù)也可以寫到工具類中，切割字符串時(shí)先通過(guò)find方法找到指定的分隔符，然后通過(guò)substr提取切割后的子字符串即可。

代碼如下：

五、讀取請(qǐng)求正文

在讀取請(qǐng)求正文之前，首先需要通過(guò)本次的請(qǐng)求方法來(lái)判斷是否需要讀取請(qǐng)求正文，因?yàn)橹挥姓?qǐng)求方法是POST方法才可能會(huì)有請(qǐng)求正文，此外，如果請(qǐng)求方法為POST，我們還需要通過(guò)請(qǐng)求報(bào)頭中的Content-Length屬性來(lái)得知請(qǐng)求正文的長(zhǎng)度。

在得知需要讀取請(qǐng)求正文以及請(qǐng)求正文的長(zhǎng)度后，就可以將請(qǐng)求正文讀取到HTTP請(qǐng)求類的request_body中了。

代碼如下：

說(shuō)明一下：

• 由于后續(xù)還會(huì)用到請(qǐng)求正文的長(zhǎng)度，因此代碼中將其存儲(chǔ)到了HTTP請(qǐng)求類的content_length中。
• 在通過(guò)Content-Length獲取到請(qǐng)求正文的長(zhǎng)度后，需要將請(qǐng)求正文長(zhǎng)度從字符串類型轉(zhuǎn)換為整型。

處理HTTP請(qǐng)求

定義狀態(tài)碼

在處理請(qǐng)求的過(guò)程中可能會(huì)因?yàn)槟承┰蚨苯油Ｖ固幚恚热缯?qǐng)求方法不正確、請(qǐng)求資源不存在或服務(wù)器處理請(qǐng)求時(shí)出錯(cuò)等等。為了告知客戶端本次HTTP請(qǐng)求的處理情況，服務(wù)器需要定義不同的狀態(tài)碼，當(dāng)處理請(qǐng)求被終止時(shí)就可以設(shè)置對(duì)應(yīng)的狀態(tài)碼，后續(xù)構(gòu)建HTTP響應(yīng)的時(shí)候就可以根據(jù)狀態(tài)碼返回對(duì)應(yīng)的錯(cuò)誤頁(yè)面。

狀態(tài)碼定義如下：

處理HTTP請(qǐng)求

處理HTTP請(qǐng)求的步驟如下：

• 判斷請(qǐng)求方法是否是正確，如果不正確則設(shè)置狀態(tài)碼為BAD_REQUEST后停止處理。
• 如果請(qǐng)求方法為GET方法，則需要判斷URI中是否帶參。如果URI不帶參，則說(shuō)明URI即為客戶端請(qǐng)求的資源路徑；如果URI帶參，則需要以?為分隔符對(duì)URI進(jìn)行字符串切分，切分后?左邊的內(nèi)容就是客戶端請(qǐng)求的資源路徑，而?右邊的內(nèi)容則是GET方法攜帶的參數(shù)，由于此時(shí)GET方法攜帶了參數(shù)，因此后續(xù)處理需要使用CGI模式，于是需要將HTTP請(qǐng)求類中的cgi設(shè)置為true。
• 如果請(qǐng)求方法為POST方法，則說(shuō)明URI即為客戶端請(qǐng)求的資源路徑，由于POST方法會(huì)通過(guò)請(qǐng)求正文上傳參數(shù)，因此后續(xù)處理需要使用CGI模式，于是需要將HTTP請(qǐng)求類中的cgi設(shè)置為true。
• 接下來(lái)需要對(duì)客戶端請(qǐng)求的資源路徑進(jìn)行處理，首先需要在請(qǐng)求的資源路徑前拼接上web根目錄，然后需要判斷請(qǐng)求資源路徑的最后一個(gè)字符是否是/，如果是則說(shuō)明客戶端請(qǐng)求的是一個(gè)目錄，這時(shí)服務(wù)器不會(huì)將該目錄下全部的資源都返回給客戶端，而是默認(rèn)將該目錄下的index.html返回給客戶端，因此這時(shí)還需要在請(qǐng)求資源路徑的后面拼接上index.html。
• 對(duì)請(qǐng)求資源的路徑進(jìn)行處理后，需要通過(guò)stat函數(shù)獲取客戶端請(qǐng)求資源文件的屬性信息。如果客戶端請(qǐng)求的是一個(gè)目錄，則需要在請(qǐng)求資源路徑的后面拼接上/index.html并重新獲取資源文件的屬性信息；如果客戶端請(qǐng)求的是一個(gè)可執(zhí)行程序，則說(shuō)明后續(xù)處理需要使用CGI模式，于是需要將HTTP請(qǐng)求類中的cgi設(shè)置為true。
• 根據(jù)HTTP請(qǐng)求類中的cgi分別進(jìn)行CGI或非CGI處理。

代碼如下：

說(shuō)明一下：

• 本項(xiàng)目實(shí)現(xiàn)的HTTP服務(wù)器只支持GET方法和POST方法，因此如果客戶端發(fā)來(lái)的HTTP請(qǐng)求中不是這兩種方法則認(rèn)為請(qǐng)求方法錯(cuò)誤，如果想讓服務(wù)器支持其他的請(qǐng)求方法則直接增加對(duì)應(yīng)的邏輯即可。
• 服務(wù)器向外提供的資源都會(huì)放在web根目錄下，比如網(wǎng)頁(yè)、圖片、視頻等資源，本項(xiàng)目中的web根目錄取名為wwwroot。web根目錄下的所有子目錄下都會(huì)有一個(gè)首頁(yè)文件，當(dāng)用戶請(qǐng)求的資源是一個(gè)目錄時(shí)，就會(huì)默認(rèn)返回該目錄下的首頁(yè)文件，本項(xiàng)目中的首頁(yè)文件取名為index.html。
• stat是一個(gè)系統(tǒng)調(diào)用函數(shù)，它可以獲取指定文件的屬性信息，包括文件的inode編號(hào)、文件的權(quán)限、文件的大小等。如果調(diào)用stat函數(shù)獲取文件的屬性信息失敗，則可以認(rèn)為客戶端請(qǐng)求的這個(gè)資源文件不存在，此時(shí)直接設(shè)置狀態(tài)碼為NOT_FOUND后停止處理即可。
• 當(dāng)獲取文件的屬性信息后發(fā)現(xiàn)該文件是一個(gè)目錄，此時(shí)請(qǐng)求資源路徑一定不是以/結(jié)尾的，因?yàn)樵诖酥耙呀?jīng)對(duì)/結(jié)尾的請(qǐng)求資源路徑進(jìn)行過(guò)處理了，因此這時(shí)需要給請(qǐng)求資源路徑拼接上/index.html。
• 只要一個(gè)文件的擁有者、所屬組、other其中一個(gè)具有可執(zhí)行權(quán)限，則說(shuō)明這是一個(gè)可執(zhí)行文件，此時(shí)就需要將HTTP請(qǐng)求類中的cgi設(shè)置為true。
• 由于后續(xù)構(gòu)建HTTP響應(yīng)時(shí)需要用到請(qǐng)求資源文件的后綴，因此代碼中對(duì)請(qǐng)求資源路徑通過(guò)從后往前找.的方式，來(lái)獲取請(qǐng)求資源文件的后綴，如果沒(méi)有找到.則默認(rèn)請(qǐng)求資源的后綴為.html。
• 由于請(qǐng)求資源文件的大小后續(xù)可能會(huì)用到，因此在獲取到請(qǐng)求資源文件的屬性后，可以將請(qǐng)求資源文件的大小保存到HTTP響應(yīng)類的size中。

CGI處理

CGI處理時(shí)需要?jiǎng)?chuàng)建子進(jìn)程進(jìn)行進(jìn)程程序替換，但是在創(chuàng)建子進(jìn)程之前需要先創(chuàng)建兩個(gè)匿名管道。這里站在父進(jìn)程角度對(duì)這兩個(gè)管道進(jìn)行命名，父進(jìn)程用于讀取數(shù)據(jù)的管道叫做input，父進(jìn)程用于寫入數(shù)據(jù)的管道叫做output。

示意圖如下：

創(chuàng)建匿名管道并創(chuàng)建子進(jìn)程后，需要父子進(jìn)程各自關(guān)閉兩個(gè)管道對(duì)應(yīng)的讀寫端：

• 對(duì)于父進(jìn)程來(lái)說(shuō)，input管道是用來(lái)讀數(shù)據(jù)的，因此父進(jìn)程需要保留input[0]關(guān)閉input[1]，而output管道是用來(lái)寫數(shù)據(jù)的，因此父進(jìn)程需要保留output[1]關(guān)閉output[0]。
• 對(duì)于子進(jìn)程來(lái)說(shuō)，input管道是用來(lái)寫數(shù)據(jù)的，因此子進(jìn)程需要保留input[1]關(guān)閉input[0]，而output管道是用來(lái)讀數(shù)據(jù)的，因此子進(jìn)程需要保留output[0]關(guān)閉output[1]。

此時(shí)父子進(jìn)程之間的通信信道已經(jīng)建立好了，但為了讓替換后的CGI程序從標(biāo)準(zhǔn)輸入讀取數(shù)據(jù)等價(jià)于從管道讀取數(shù)據(jù)，向標(biāo)準(zhǔn)輸出寫入數(shù)據(jù)等價(jià)于向管道寫入數(shù)據(jù)，因此在子進(jìn)程進(jìn)行進(jìn)程程序替換之前，還需要對(duì)子進(jìn)程進(jìn)行重定向。

假設(shè)子進(jìn)程保留的input[1]和output[0]對(duì)應(yīng)的文件描述符分別是3和4，那么子進(jìn)程對(duì)應(yīng)的文件描述符表的指向大致如下：

現(xiàn)在我們要做的就是將子進(jìn)程的標(biāo)準(zhǔn)輸入重定向到output管道，將子進(jìn)程的標(biāo)準(zhǔn)輸出重定向到input管道，也就是讓子進(jìn)程的0號(hào)文件描述符指向output管道，讓子進(jìn)程的1號(hào)文件描述符指向input管道。

示意圖如下：

此外，在子進(jìn)程進(jìn)行進(jìn)程程序替換之前，還需要進(jìn)行各種參數(shù)的傳遞：

• 首先需要將請(qǐng)求方法通過(guò)putenv函數(shù)導(dǎo)入環(huán)境變量，以供CGI程序判斷應(yīng)該以哪種方式讀取父進(jìn)程傳遞過(guò)來(lái)的參數(shù)。
• 如果請(qǐng)求方法為GET方法，則需要將URL中攜帶的參數(shù)通過(guò)導(dǎo)入環(huán)境變量的方式傳遞給CGI程序。
• 如果請(qǐng)求方法為POST方法，則需要將請(qǐng)求正文的長(zhǎng)度通過(guò)導(dǎo)入環(huán)境變量的方式傳遞給CGI程序，以供CGI程序判斷應(yīng)該從管道讀取多少個(gè)參數(shù)。

此時(shí)子進(jìn)程就可以進(jìn)行進(jìn)程程序替換了，而父進(jìn)程需要做如下工作：

• 如果請(qǐng)求方法為POST方法，則父進(jìn)程需要將請(qǐng)求正文中的參數(shù)寫入管道中，以供被替換后的CGI程序進(jìn)行讀取。
• 然后父進(jìn)程要做的就是不斷調(diào)用read函數(shù)，從管道中讀取CGI程序?qū)懭氲奶幚斫Y(jié)果，并將其保存到HTTP響應(yīng)類的response_body當(dāng)中。
• 管道中的數(shù)據(jù)讀取完畢后，父進(jìn)程需要調(diào)用waitpid函數(shù)等待CGI程序退出，并關(guān)閉兩個(gè)管道對(duì)應(yīng)的文件描述符，防止文件描述符泄露。

代碼如下：

說(shuō)明一下：

• 在CGI處理過(guò)程中，如果管道創(chuàng)建失敗或者子進(jìn)程創(chuàng)建失敗，則屬于服務(wù)器端處理請(qǐng)求時(shí)出錯(cuò)，此時(shí)返回INTERNAL_SERVER_ERROR狀態(tài)碼后停止處理即可。
• 環(huán)境變量是key=value形式的，因此在調(diào)用putenv函數(shù)導(dǎo)入環(huán)境變量前需要先正確構(gòu)建環(huán)境變量，此后被替換的CGI程序在調(diào)用getenv函數(shù)時(shí)，就可以通過(guò)key獲取到對(duì)應(yīng)的value。
• 子進(jìn)程傳遞參數(shù)的代碼最好放在重定向之前，否則服務(wù)器運(yùn)行后無(wú)法看到傳遞參數(shù)對(duì)應(yīng)的日志信息，因?yàn)槿罩臼且詂out的方式打印到標(biāo)準(zhǔn)輸出的，而dup2函數(shù)調(diào)用后標(biāo)準(zhǔn)輸出已經(jīng)被重定向到了管道，此時(shí)打印的日志信息將會(huì)被寫入管道。
• 父進(jìn)程循環(huán)調(diào)用read函數(shù)從管道中讀取CGI程序的處理結(jié)果，當(dāng)CGI程序執(zhí)行結(jié)束時(shí)相當(dāng)于寫端進(jìn)程將寫端關(guān)閉了（文件描述符的生命周期隨進(jìn)程），此時(shí)讀端進(jìn)程將管道當(dāng)中的數(shù)據(jù)讀完后，就會(huì)繼續(xù)執(zhí)行后續(xù)代碼，而不會(huì)被阻塞。
• 父進(jìn)程在等待子進(jìn)程退出后，可以通過(guò)WIFEXITED判斷子進(jìn)程是否是正常退出，如果是正常退出再通過(guò)WEXITSTATUS判斷處理結(jié)果是否正確，然后根據(jù)不同情況設(shè)置對(duì)應(yīng)的狀態(tài)碼（此時(shí)就算子進(jìn)程異常退出或處理結(jié)果不正確也不能立即返回，需要讓父進(jìn)程繼續(xù)向后執(zhí)行，關(guān)閉兩個(gè)管道對(duì)應(yīng)的文件描述符，防止文件描述符泄露）。

非CGI處理

非CGI處理時(shí)只需要將客戶端請(qǐng)求的資源構(gòu)建成HTTP響應(yīng)發(fā)送給客戶端即可，理論上這里要做的就是打開(kāi)目標(biāo)文件，將文件中的內(nèi)容讀取到HTTP響應(yīng)類的response_body中，以供后續(xù)發(fā)送HTTP響應(yīng)時(shí)進(jìn)行發(fā)送即可，但我們并不推薦這種做法。

因?yàn)镠TTP響應(yīng)類的response_body屬于用戶層的緩沖區(qū)，而目標(biāo)文件是存儲(chǔ)在服務(wù)器的磁盤上的，按照這種方式需要先將文件內(nèi)容讀取到內(nèi)核層緩沖區(qū)，再由操作系統(tǒng)將其拷貝到用戶層緩沖區(qū)，發(fā)送響應(yīng)正文的時(shí)候又需要先將其拷貝到內(nèi)核層緩沖區(qū)，再由操作系統(tǒng)將其發(fā)送給對(duì)應(yīng)的網(wǎng)卡進(jìn)行發(fā)送。

示意圖如下：

可以看到上述過(guò)程涉及數(shù)據(jù)在用戶層和內(nèi)核層的來(lái)回拷貝，但實(shí)際這個(gè)拷貝操作是不需要的，我們完全可以直接將磁盤當(dāng)中的目標(biāo)文件內(nèi)容讀取到內(nèi)核，再由內(nèi)核將其發(fā)送給對(duì)應(yīng)的網(wǎng)卡進(jìn)行發(fā)送。

示意圖如下：

要達(dá)到上述效果就需要使用sendfile函數(shù)，該函數(shù)的功能就是將數(shù)據(jù)從一個(gè)文件描述符拷貝到另一個(gè)文件描述符，并且這個(gè)拷貝操作是在內(nèi)核中完成的，因此sendfile比單純的調(diào)用read和write更加高效。

但是需要注意的是，這里還不能直接調(diào)用sendfile函數(shù)，因?yàn)閟endfile函數(shù)調(diào)用后文件內(nèi)容就發(fā)送出去了，而我們應(yīng)該構(gòu)建HTTP響應(yīng)后再進(jìn)行發(fā)送，因此我們這里要做的僅僅是將要發(fā)送的目標(biāo)文件打開(kāi)即可，將打開(kāi)文件對(duì)應(yīng)的文件描述符保存到HTTP響應(yīng)的fd當(dāng)中。

代碼如下：

說(shuō)明一下： 如果打開(kāi)文件失敗，則返回INTERNAL_SERVER_ERROR狀態(tài)碼表示服務(wù)器處理請(qǐng)求時(shí)出錯(cuò)，而不能返回NOT_FOUND，因?yàn)橹罢{(diào)用stat獲取過(guò)客戶端請(qǐng)求資源的屬性信息，說(shuō)明該資源文件是一定存在的。

構(gòu)建HTTP響應(yīng)

構(gòu)建HTTP響應(yīng)

構(gòu)建HTTP響應(yīng)首先需要構(gòu)建的就是狀態(tài)行，狀態(tài)行由狀態(tài)碼、狀態(tài)碼描述、HTTP版本構(gòu)成，并以空格作為分隔符，將狀態(tài)行構(gòu)建好后保存到HTTP響應(yīng)的status_line當(dāng)中即可，而響應(yīng)報(bào)頭需要根據(jù)請(qǐng)求是否正常處理完畢分別進(jìn)行構(gòu)建。

代碼如下：

注意：本項(xiàng)目中將服務(wù)器的行分隔符設(shè)置為rn，在構(gòu)建完?duì)顟B(tài)行以及每行響應(yīng)報(bào)頭之后都需要加上對(duì)應(yīng)的行分隔符，而在HTTP響應(yīng)類的構(gòu)造函數(shù)中已經(jīng)將空行初始化為了LINE_END，因此在構(gòu)建HTTP響應(yīng)時(shí)不用處理空行。

對(duì)于狀態(tài)行中的狀態(tài)碼描述，我們可以編寫一個(gè)函數(shù)，該函數(shù)能夠根據(jù)狀態(tài)碼返回對(duì)應(yīng)的狀態(tài)碼描述。

代碼如下：

構(gòu)建響應(yīng)報(bào)頭（請(qǐng)求正常處理完畢）

構(gòu)建HTTP的響應(yīng)報(bào)頭時(shí)，我們至少需要構(gòu)建Content-Type和Content-Length這兩個(gè)響應(yīng)報(bào)頭，分別用于告知對(duì)方響應(yīng)資源的類型和響應(yīng)資源的長(zhǎng)度。

對(duì)于請(qǐng)求正常處理完畢的HTTP請(qǐng)求，需要根據(jù)客戶端請(qǐng)求資源的后綴來(lái)得知返回資源的類型。而返回資源的大小需要根據(jù)該請(qǐng)求被處理的方式來(lái)得知，如果該請(qǐng)求是以非CGI方式進(jìn)行處理的，那么返回資源的大小早已在獲取請(qǐng)求資源屬性時(shí)被保存到了HTTP響應(yīng)類中的size當(dāng)中，如果該請(qǐng)求是以CGI方式進(jìn)行處理的，那么返回資源的大小應(yīng)該是HTTP響應(yīng)類中的response_body的大小。

代碼如下：

對(duì)于返回資源的類型，我們可以編寫一個(gè)函數(shù)，該函數(shù)能夠根據(jù)文件后綴返回對(duì)應(yīng)的文件類型。查看Content-Type轉(zhuǎn)化表可以得知后綴與文件類型的對(duì)應(yīng)關(guān)系，將這個(gè)對(duì)應(yīng)關(guān)系存儲(chǔ)一個(gè)unordered_map容器中，當(dāng)需要根據(jù)后綴得知文件類型時(shí)直接在這個(gè)unordered_map容器中進(jìn)行查找，如果找到了則返回對(duì)應(yīng)的文件類型，如果沒(méi)有找到則默認(rèn)該文件類型為text/html。

代碼如下：

構(gòu)建響應(yīng)報(bào)頭（請(qǐng)求處理出現(xiàn)錯(cuò)誤）

對(duì)于請(qǐng)求處理過(guò)程中出現(xiàn)錯(cuò)誤的HTTP請(qǐng)求，服務(wù)器將會(huì)為其返回對(duì)應(yīng)的錯(cuò)誤頁(yè)面，因此返回的資源類型就是text/html，而返回資源的大小可以通過(guò)獲取錯(cuò)誤頁(yè)面對(duì)應(yīng)的文件屬性信息來(lái)得知。此外，為了后續(xù)發(fā)送響應(yīng)時(shí)可以直接調(diào)用sendfile進(jìn)行發(fā)送，這里需要將錯(cuò)誤頁(yè)面對(duì)應(yīng)的文件打開(kāi)，并將對(duì)應(yīng)的文件描述符保存在HTTP響應(yīng)類的fd當(dāng)中。

代碼如下：

特別注意：對(duì)于處理請(qǐng)求時(shí)出錯(cuò)的HTTP請(qǐng)求，需要將其HTTP請(qǐng)求類中的cgi重新設(shè)置為false，因?yàn)楹罄m(xù)發(fā)送HTTP響應(yīng)時(shí)，需要根據(jù)HTTP請(qǐng)求類中的cgi來(lái)進(jìn)行響應(yīng)正文的發(fā)送，當(dāng)請(qǐng)求處理出錯(cuò)后要返回給客戶端的本質(zhì)就是一個(gè)錯(cuò)誤頁(yè)面文件，相當(dāng)于是以非CGI方式進(jìn)行處理的。

發(fā)送HTTP響應(yīng)

發(fā)送HTTP響應(yīng)

發(fā)送HTTP響應(yīng)的步驟如下：

• 調(diào)用send函數(shù)，依次發(fā)送狀態(tài)行、響應(yīng)報(bào)頭和空行。
• 發(fā)送響應(yīng)正文時(shí)需要判斷本次請(qǐng)求的處理方式，如果本次請(qǐng)求是以CGI方式成功處理的，那么待發(fā)送的響應(yīng)正文是保存在HTTP響應(yīng)類的response_body中的，此時(shí)調(diào)用send函數(shù)進(jìn)行發(fā)送即可。
• 如果本次請(qǐng)求是以非CGI方式處理或在處理過(guò)程中出錯(cuò)的，那么待發(fā)送的資源文件或錯(cuò)誤頁(yè)面文件對(duì)應(yīng)的文件描述符是保存在HTTP響應(yīng)類的fd中的，此時(shí)調(diào)用sendfile進(jìn)行發(fā)送即可，發(fā)送后關(guān)閉對(duì)應(yīng)的文件描述符。

代碼如下：

差錯(cuò)處理

至此服務(wù)器邏輯其實(shí)已經(jīng)已經(jīng)走通了，但你會(huì)發(fā)現(xiàn)服務(wù)器在處理請(qǐng)求的過(guò)程中有時(shí)會(huì)莫名其妙的崩潰，根本原因就是當(dāng)前服務(wù)器的錯(cuò)誤處理還沒(méi)有完全處理完畢。

邏輯錯(cuò)誤

邏輯錯(cuò)誤

邏輯錯(cuò)誤主要是服務(wù)器在處理請(qǐng)求的過(guò)程中出現(xiàn)的一些錯(cuò)誤，比如請(qǐng)求方法不正確、請(qǐng)求資源不存在或服務(wù)器處理請(qǐng)求時(shí)出錯(cuò)等等。邏輯錯(cuò)誤其實(shí)我們已經(jīng)處理過(guò)了，當(dāng)出現(xiàn)這類錯(cuò)誤時(shí)服務(wù)器會(huì)將對(duì)應(yīng)的錯(cuò)誤頁(yè)面返回給客戶端。

讀取錯(cuò)誤

讀取錯(cuò)誤

邏輯錯(cuò)誤是在服務(wù)器處理請(qǐng)求時(shí)可能出現(xiàn)的錯(cuò)誤，而在服務(wù)器處理請(qǐng)求之前首先要做的是讀取請(qǐng)求，在讀取請(qǐng)求的過(guò)程中出現(xiàn)的錯(cuò)誤就叫做讀取錯(cuò)誤，比如調(diào)用recv讀取請(qǐng)求時(shí)出錯(cuò)或讀取請(qǐng)求時(shí)對(duì)方連接關(guān)閉等。

出現(xiàn)讀取錯(cuò)誤時(shí)，意味著服務(wù)器都沒(méi)有成功讀取完客戶端發(fā)來(lái)的HTTP請(qǐng)求，因此服務(wù)器也沒(méi)有必要進(jìn)行后續(xù)的處理請(qǐng)求、構(gòu)建響應(yīng)以及發(fā)送響應(yīng)的相關(guān)操作了。

可以在EndPoint類中新增一個(gè)bool類型的stop成員，表示是否停止本次處理，stop的值默認(rèn)設(shè)置為false，當(dāng)讀取請(qǐng)求出錯(cuò)時(shí)就直接設(shè)置stop為true并不再進(jìn)行后續(xù)的讀取操作，因此讀取HTTP請(qǐng)求的代碼需要稍作修改。

代碼如下：

說(shuō)明一下：

• 可以將讀取請(qǐng)求行、讀取請(qǐng)求報(bào)頭和空行、讀取請(qǐng)求正文對(duì)應(yīng)函數(shù)的返回值改為bool類型，當(dāng)讀取請(qǐng)求行成功后再讀取請(qǐng)求報(bào)頭和空行，而當(dāng)讀取請(qǐng)求報(bào)頭和空行成功后才需要進(jìn)行后續(xù)的解析請(qǐng)求行、解析請(qǐng)求報(bào)頭以及讀取請(qǐng)求正文操作，這里利用到了邏輯運(yùn)算符的短路求值策略。
• EndPoint類當(dāng)中提供了IsStop函數(shù)，用于讓外部處理線程得知是否應(yīng)該停止本次處理。

此時(shí)服務(wù)器創(chuàng)建的新線程在讀取請(qǐng)求后，就需要判斷是否應(yīng)該停止本次處理，如果需要?jiǎng)t不再進(jìn)行處理請(qǐng)求、構(gòu)建響應(yīng)以及發(fā)送響應(yīng)操作，而直接關(guān)閉于客戶端建立的套接字即可。

代碼如下：

寫入錯(cuò)誤

寫入錯(cuò)誤

除了讀取請(qǐng)求時(shí)可能出現(xiàn)讀取錯(cuò)誤，處理請(qǐng)求時(shí)可能出現(xiàn)邏輯錯(cuò)誤，在響應(yīng)構(gòu)建完畢發(fā)送響應(yīng)時(shí)同樣可能會(huì)出現(xiàn)寫入錯(cuò)誤，比如調(diào)用send發(fā)送響應(yīng)時(shí)出錯(cuò)或發(fā)送響應(yīng)時(shí)對(duì)方連接關(guān)閉等。

出現(xiàn)寫入錯(cuò)誤時(shí)，服務(wù)器也沒(méi)有必要繼續(xù)進(jìn)行發(fā)送了，這時(shí)需要直接設(shè)置stop為true并不再進(jìn)行后續(xù)的發(fā)送操作，因此發(fā)送HTTP響應(yīng)的代碼也需要進(jìn)行修改。

代碼如下：

此外，當(dāng)服務(wù)器發(fā)送響應(yīng)出錯(cuò)時(shí)會(huì)收到SIGPIPE信號(hào)，而該信號(hào)的默認(rèn)處理動(dòng)作是終止當(dāng)前進(jìn)程，為了防止服務(wù)器因?yàn)閷懭氤鲥e(cuò)而被終止，需要在初始化HTTP服務(wù)器時(shí)調(diào)用signal函數(shù)忽略SIGPIPE信號(hào)。

代碼如下：

接入線程池

當(dāng)前多線程版服務(wù)器存在的問(wèn)題：

• 每當(dāng)獲取到新連接時(shí)，服務(wù)器主線程都會(huì)重新為該客戶端創(chuàng)建為其提供服務(wù)的新線程，而當(dāng)服務(wù)結(jié)束后又會(huì)將該新線程銷毀，這樣做不僅麻煩，而且效率低下。
• 如果同時(shí)有大量的客戶端連接請(qǐng)求，此時(shí)服務(wù)器就要為每一個(gè)客戶端創(chuàng)建對(duì)應(yīng)的服務(wù)線程，而計(jì)算機(jī)中的線程越多，CPU壓力就越大，因?yàn)镃PU要不斷在這些線程之間來(lái)回切換。此外，一旦線程過(guò)多，每一個(gè)線程再次被調(diào)度的周期就變長(zhǎng)了，而線程是為客戶端提供服務(wù)的，線程被調(diào)度的周期變長(zhǎng)，客戶端也就遲遲得不到應(yīng)答。

這時(shí)可以在服務(wù)器端引入線程池：

• 在服務(wù)器端預(yù)先創(chuàng)建一批線程和一個(gè)任務(wù)隊(duì)列，每當(dāng)獲取到一個(gè)新連接時(shí)就將其封裝成一個(gè)任務(wù)對(duì)象放到任務(wù)隊(duì)列當(dāng)中。
• 線程池中的若干線程就不斷從任務(wù)隊(duì)列中獲取任務(wù)進(jìn)行處理，如果任務(wù)隊(duì)列當(dāng)中沒(méi)有任務(wù)則線程進(jìn)入休眠狀態(tài)，當(dāng)有新任務(wù)時(shí)再喚醒線程進(jìn)行任務(wù)處理。

示意圖如下：

設(shè)計(jì)任務(wù)

設(shè)計(jì)任務(wù)

當(dāng)服務(wù)器獲取到一個(gè)新連接后，需要將其封裝成一個(gè)任務(wù)對(duì)象放到任務(wù)隊(duì)列當(dāng)中。任務(wù)類中首先需要有一個(gè)套接字，也就是與客戶端進(jìn)行通信的套接字，此外還需要有一個(gè)回調(diào)函數(shù)，當(dāng)線程池中的線程獲取到任務(wù)后就可以調(diào)用這個(gè)回調(diào)函數(shù)進(jìn)行任務(wù)處理。

代碼如下：

說(shuō)明一下： 任務(wù)類需要提供一個(gè)無(wú)參的構(gòu)造函數(shù)，因?yàn)楹罄m(xù)從任務(wù)隊(duì)列中獲取任務(wù)時(shí)，需要先以無(wú)參的方式定義一個(gè)任務(wù)對(duì)象，然后再以輸出型參數(shù)的方式來(lái)獲取任務(wù)。

編寫任務(wù)回調(diào)

任務(wù)類中處理任務(wù)時(shí)需要調(diào)用的回調(diào)函數(shù)，實(shí)際就是之前創(chuàng)建新線程時(shí)傳入的執(zhí)行例程CallBack::HandlerRequest，我們可以將CallBack類的()運(yùn)算符重載為調(diào)用HandlerRequest函數(shù)，這時(shí)CallBack對(duì)象就變成了一個(gè)仿函數(shù)對(duì)象，這個(gè)仿函數(shù)對(duì)象被調(diào)用時(shí)實(shí)際就是在調(diào)用HandlerRequest函數(shù)。

代碼如下：

編寫線程池

設(shè)計(jì)線程池結(jié)構(gòu)

可以將線程池設(shè)計(jì)成單例模式：

1. 將ThreadPool類的構(gòu)造函數(shù)設(shè)置為私有，并將拷貝構(gòu)造和拷貝賦值函數(shù)設(shè)置為私有或刪除，防止外部創(chuàng)建或拷貝對(duì)象。
2. 提供一個(gè)指向單例對(duì)象的static指針，并在類外將其初始化為nullptr。
3. 提供一個(gè)全局訪問(wèn)點(diǎn)獲取單例對(duì)象，在單例對(duì)象第一次被獲取時(shí)就創(chuàng)建這個(gè)單例對(duì)象并進(jìn)行初始化。

ThreadPool類中的成員變量包括：

• 任務(wù)隊(duì)列：用于暫時(shí)存儲(chǔ)未被處理的任務(wù)對(duì)象。
• num：表示線程池中線程的個(gè)數(shù)。
• 互斥鎖：用于保證任務(wù)隊(duì)列在多線程環(huán)境下的線程安全。
• 條件變量：當(dāng)任務(wù)隊(duì)列中沒(méi)有任務(wù)時(shí)，讓線程在該條件變量下進(jìn)行等等，當(dāng)任務(wù)隊(duì)列中新增任務(wù)時(shí)，喚醒在該條件變量下進(jìn)行等待的線程。
• 指向單例對(duì)象的指針：用于指向唯一的單例線程池對(duì)象。

ThreadPool類中的成員函數(shù)主要包括：

• 構(gòu)造函數(shù)：完成互斥鎖和條件變量的初始化操作。
• 析構(gòu)函數(shù)：完成互斥鎖和條件變量的釋放操作。
• InitThreadPool：初始化線程池時(shí)調(diào)用，完成線程池中若干線程的創(chuàng)建。
• PushTask：生產(chǎn)任務(wù)時(shí)調(diào)用，將任務(wù)對(duì)象放入任務(wù)隊(duì)列，并喚醒在條件變量下等待的一個(gè)線程進(jìn)行處理。
• PopTask：消費(fèi)任務(wù)時(shí)調(diào)用，從任務(wù)隊(duì)列中獲取一個(gè)任務(wù)對(duì)象。
• ThreadRoutine：線程池中每個(gè)線程的執(zhí)行例程，完成線程分離后不斷檢測(cè)任務(wù)隊(duì)列中是否有任務(wù)，如果有則調(diào)用PopTask獲取任務(wù)進(jìn)行處理，如果沒(méi)有則進(jìn)行休眠直到被喚醒。
• GetInstance：獲取單例線程池對(duì)象時(shí)調(diào)用，如果單例對(duì)象未創(chuàng)建則創(chuàng)建并初始化后返回，如果單例對(duì)象已經(jīng)創(chuàng)建則直接返回單例對(duì)象。

代碼如下：

說(shuō)明一下：

• 由于線程的執(zhí)行例程的參數(shù)只能有一個(gè)void*類型的參數(shù)，因此線程的執(zhí)行例程必須定義成靜態(tài)成員函數(shù)，而線程執(zhí)行例程中又需要訪問(wèn)任務(wù)隊(duì)列，因此需要將this指針作為參數(shù)傳遞給線程的執(zhí)行例程，這樣線程才能夠通過(guò)this指針訪問(wèn)任務(wù)隊(duì)列。
• 在向任務(wù)隊(duì)列中放任務(wù)以及從任務(wù)隊(duì)列中獲取任務(wù)時(shí)，都需要通過(guò)加鎖的方式來(lái)保證線程安全，而線程在調(diào)用PopTask之前已經(jīng)進(jìn)行過(guò)加鎖了，因此在PopTask函數(shù)中不必再加鎖。
• 當(dāng)任務(wù)隊(duì)列中有任務(wù)時(shí)會(huì)喚醒線程進(jìn)行任務(wù)處理，為了防止被偽喚醒的線程調(diào)用PopTask時(shí)無(wú)法獲取到任務(wù)，因此需要以while的方式判斷任務(wù)隊(duì)列是否為空。

引入線程池后服務(wù)器要做的就是，每當(dāng)獲取到一個(gè)新連接時(shí)就構(gòu)建一個(gè)任務(wù)，然后調(diào)用PushTask將其放入任務(wù)隊(duì)列即可。

代碼如下：

項(xiàng)目測(cè)試

服務(wù)器結(jié)構(gòu)

至此HTTP服務(wù)器后端邏輯已經(jīng)全部編寫完畢，此時(shí)我們要做的就是將對(duì)外提供的資源文件放在一個(gè)名為wwwroot的目錄下，然后將生成的HTTP服務(wù)器可執(zhí)行程序與wwwroot放在同級(jí)目錄下。比如：

由于當(dāng)前HTTP服務(wù)器沒(méi)有任何業(yè)務(wù)邏輯，因此向外提供的資源文件只有三個(gè)錯(cuò)誤頁(yè)面文件，這些錯(cuò)誤頁(yè)面文件中的內(nèi)容大致如下：

首頁(yè)請(qǐng)求測(cè)試

服務(wù)器首頁(yè)編寫

服務(wù)器的web根目錄下的資源文件主要有兩種，一種就是用于處理客戶端上傳上來(lái)的數(shù)據(jù)的CGI程序，另一種就是供客戶端請(qǐng)求的各種網(wǎng)頁(yè)文件了，而網(wǎng)頁(yè)的制作實(shí)際是前端工程師要做的，但現(xiàn)在我們要對(duì)服務(wù)器進(jìn)行測(cè)試，至少需要編寫一個(gè)首頁(yè)，首頁(yè)文件需要放在web根目錄下，取名為index.html。

以演示為主，首頁(yè)的代碼如下：

首頁(yè)請(qǐng)求測(cè)試

指定端口號(hào)運(yùn)行服務(wù)器后可以看到一系列日志信息被打印出來(lái)，包括套接字創(chuàng)建成功、綁定成功、監(jiān)聽(tīng)成功，這時(shí)底層用于通信的TCP服務(wù)器已經(jīng)初始化成功了。

此時(shí)在瀏覽器上指定IP和端口訪問(wèn)我們的HTTP服務(wù)器，由于我們沒(méi)有指定要訪問(wèn)服務(wù)器web根目錄下的那個(gè)資源，此時(shí)服務(wù)器就會(huì)默認(rèn)將web根目錄下的index.html文件進(jìn)行返回，瀏覽器收到index.html文件后經(jīng)過(guò)刷新渲染就顯示出了對(duì)應(yīng)的首頁(yè)頁(yè)面。

同時(shí)服務(wù)器端也打印出了本次請(qǐng)求的一些日志信息。如下：

此時(shí)通過(guò)ps -aL命令可以看到線程池中的線程已經(jīng)被創(chuàng)建好了，其中PID和LWP相同的就是主線程，剩下的就是線程池中處理任務(wù)的若干新線程。如下：

錯(cuò)誤請(qǐng)求測(cè)試

錯(cuò)誤請(qǐng)求測(cè)試

如果我們請(qǐng)求的資源服務(wù)器并沒(méi)有提供，那么服務(wù)器就會(huì)在獲取請(qǐng)求資源屬性信息時(shí)失敗，這時(shí)服務(wù)器會(huì)停止本次請(qǐng)求處理，而直接將web根目錄下的404.html文件返回瀏覽器，瀏覽器收到后經(jīng)過(guò)刷新渲染就顯示出了對(duì)應(yīng)的404頁(yè)面。

這時(shí)在服務(wù)器端就能看到一條日志級(jí)別為WARNING的日志信息，這條日志信息中說(shuō)明了客戶端請(qǐng)求的哪一個(gè)資源是不存在的。

GET方法上傳數(shù)據(jù)測(cè)試

編寫CGI程序

如果用戶請(qǐng)求服務(wù)器時(shí)上傳了數(shù)據(jù)，那么服務(wù)器就需要將該數(shù)據(jù)后交給對(duì)應(yīng)的CGI程序進(jìn)行處理，因此在測(cè)試GET方法上傳數(shù)據(jù)之前，我們需要先編寫一個(gè)簡(jiǎn)單的CGI程序。

首先，CGI程序啟動(dòng)后需要先獲取父進(jìn)程傳遞過(guò)來(lái)的數(shù)據(jù)：

1. 先通過(guò)getenv函數(shù)獲取環(huán)境變量中的請(qǐng)求方法。
2. 如果請(qǐng)求方法為GET方法，則繼續(xù)通過(guò)getenv函數(shù)獲取父進(jìn)程傳遞過(guò)來(lái)的數(shù)據(jù)。
3. 如果請(qǐng)求方法為POST方法，則先通過(guò)getenv函數(shù)獲取父進(jìn)程傳遞過(guò)來(lái)的數(shù)據(jù)的長(zhǎng)度，然后再?gòu)?號(hào)文件描述符中讀取指定長(zhǎng)度的數(shù)據(jù)即可。

代碼如下：

CGI程序在獲取到父進(jìn)程傳遞過(guò)來(lái)的數(shù)據(jù)后，就可以根據(jù)具體的業(yè)務(wù)場(chǎng)景進(jìn)行數(shù)據(jù)處理了，比如用戶上傳的如果是一個(gè)關(guān)鍵字則需要CGI程序做搜索處理。我們這里以演示為目的，認(rèn)為用戶上傳的是形如a=10&b=20的兩個(gè)參數(shù)，需要CGI程序進(jìn)行加減乘除運(yùn)算。

因此我們的CGI程序要做的就是，先以&為分隔符切割數(shù)據(jù)將兩個(gè)操作數(shù)分開(kāi)，再以=為分隔符切割數(shù)據(jù)分別獲取到兩個(gè)操作數(shù)的值，最后對(duì)兩個(gè)操作數(shù)進(jìn)行加減乘除運(yùn)算，并將計(jì)算結(jié)果打印到標(biāo)準(zhǔn)輸出即可（標(biāo)準(zhǔn)輸出已經(jīng)被重定向到了管道）。

代碼如下：

說(shuō)明一下：

• CGI程序輸出的結(jié)果最終會(huì)交給瀏覽器，因此CGI程序輸出的最好是一個(gè)HTML文件，這樣瀏覽器收到后就可以其渲染到頁(yè)面上，讓用戶看起來(lái)更美觀。
• 可以看到，使用C/C++以HTML的格式進(jìn)行輸出是很費(fèi)勁的，因此這部分操作一般是由Python等語(yǔ)言來(lái)完成的，而在此之前對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行業(yè)務(wù)處理的動(dòng)作一般才用C/C++等語(yǔ)言來(lái)完成。
• 在編寫CGI程序時(shí)如果要進(jìn)行調(diào)試，debug內(nèi)容應(yīng)該通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)錯(cuò)誤流進(jìn)行輸出，因?yàn)樽舆M(jìn)程在被替換成CGI程序之前，已經(jīng)將標(biāo)準(zhǔn)輸出重定向到管道了。

URL上傳數(shù)據(jù)測(cè)試

CGI程序編寫編寫完畢并生成可執(zhí)行程序后，將這個(gè)可執(zhí)行程序放到web根目錄下，這時(shí)在請(qǐng)求服務(wù)器時(shí)就可以指定請(qǐng)求這個(gè)CGI程序，并通過(guò)URL上傳參數(shù)讓其進(jìn)行處理，最終我們就能得到計(jì)算結(jié)果。

此外，如果請(qǐng)求CGI程序時(shí)指定的第二個(gè)操作數(shù)為0，那么CGI程序在進(jìn)行除法運(yùn)算時(shí)就會(huì)崩潰，這時(shí)父進(jìn)程等待子進(jìn)程后就會(huì)發(fā)現(xiàn)子進(jìn)程是異常退出的，進(jìn)而設(shè)置狀態(tài)碼為INTERNAL_SERVER_ERROR，最終服務(wù)器就會(huì)構(gòu)建對(duì)應(yīng)的錯(cuò)誤頁(yè)面返回給瀏覽器。

表單上傳數(shù)據(jù)測(cè)試

當(dāng)然，讓用戶通過(guò)更改URL的方式來(lái)向服務(wù)器上傳參數(shù)是不現(xiàn)實(shí)的，服務(wù)器一般會(huì)讓用戶通過(guò)表單來(lái)上傳參數(shù)。

HTML中的表單用于搜集用戶的輸入，我們可以通過(guò)設(shè)置表單的method屬性來(lái)指定表單提交的方法，通過(guò)設(shè)置表單的action屬性來(lái)指定表單需要提交給服務(wù)器上的哪一個(gè)CGI程序。

比如現(xiàn)在將服務(wù)器的首頁(yè)改成以下HTML代碼，指定將表單中的數(shù)據(jù)以GET方法提交給web根目錄下的test_cgi程序：

此時(shí)我們直接訪問(wèn)服務(wù)器看到的就是一個(gè)表單，向表單中輸入兩個(gè)操作數(shù)并點(diǎn)擊“計(jì)算”后，表單中的數(shù)據(jù)就會(huì)以GET方法提交給web根目錄下的test_cgi程序，此時(shí)CGI程序進(jìn)行數(shù)據(jù)計(jì)算后同樣將結(jié)果返回給了瀏覽器。

同時(shí)在提交表單的一瞬間可以看到，通過(guò)表單上傳的數(shù)據(jù)也回顯到了瀏覽器上方的URL中，并且請(qǐng)求的資源也變成了web根目錄下的test_cgi。實(shí)際就是我們?cè)邳c(diǎn)擊“計(jì)算”后，瀏覽器檢測(cè)到表單method為“get”后，將把表單中數(shù)據(jù)添加到了URL中，并將請(qǐng)求資源路徑替換成了表單action指定的路徑，然后再次向服務(wù)器發(fā)起HTTP請(qǐng)求。

理解百度搜索

當(dāng)我們?cè)诎俣鹊乃阉骺蜉斎腙P(guān)鍵字并回車后，可以看到上方的URL發(fā)生了變化，URL中的請(qǐng)求資源路徑為/s，并且URL后面攜帶了很多參數(shù)。

實(shí)際這里的/s就可以理解成是百度web根目錄下的一個(gè)CGI程序，而URL中攜帶的各種參數(shù)就是交給這個(gè)CGI程序做搜索處理的，可以看到攜帶的參數(shù)中有一個(gè)名為wd的參數(shù)，這個(gè)參數(shù)正是用戶的搜索關(guān)鍵字。

POST方法上傳數(shù)據(jù)測(cè)試

表單上傳數(shù)據(jù)測(cè)試

測(cè)試表單通過(guò)POST方法上傳數(shù)據(jù)時(shí)，只需要將表單中的method屬性改為“post”即可，此時(shí)點(diǎn)擊“計(jì)算”提交表單時(shí)，瀏覽器檢測(cè)到表單的提交方法為POST后，就會(huì)將表單中的數(shù)據(jù)添加到請(qǐng)求正文中，并將請(qǐng)求資源路徑替換成表單action指定的路徑，然后再次向服務(wù)器發(fā)起HTTP請(qǐng)求。

可以看到，由于POST方法是通過(guò)請(qǐng)求正文上傳的數(shù)據(jù)，因此表單提交后瀏覽器上方的URL中只有請(qǐng)求資源路徑發(fā)生了改變，而并沒(méi)有在URL后面添加任何參數(shù)。同時(shí)觀察服務(wù)器端輸出的日志信息，也可以確認(rèn)瀏覽器本次的請(qǐng)求方法為POST方法。

項(xiàng)目擴(kuò)展

當(dāng)前項(xiàng)目的重點(diǎn)在于HTTP服務(wù)器后端的處理邏輯，主要完成的是GET和POST請(qǐng)求方法，以及CGI機(jī)制的搭建。如果想對(duì)當(dāng)前項(xiàng)目進(jìn)行擴(kuò)展，可以選擇在技術(shù)層面或應(yīng)用層面進(jìn)行擴(kuò)展。

技術(shù)層面的擴(kuò)展

技術(shù)層面可以選擇進(jìn)行如下擴(kuò)展：

• 當(dāng)前項(xiàng)目編寫的是HTTP1.0版本的服務(wù)器，每次連接都只會(huì)對(duì)一個(gè)請(qǐng)求進(jìn)行處理，當(dāng)服務(wù)器對(duì)客戶端的請(qǐng)求處理完畢并收到客戶端的應(yīng)答后，就會(huì)直接斷開(kāi)連接?？梢詫⑵鋽U(kuò)展為HTTP1.1版本，讓服務(wù)器支持長(zhǎng)連接，即通過(guò)一條連接可以對(duì)多個(gè)請(qǐng)求進(jìn)行處理，避免重復(fù)建立連接（涉及連接管理）。
• 當(dāng)前項(xiàng)目雖然在后端接入了線程池，但也只能滿足中小型應(yīng)用，可以考慮將服務(wù)器改寫成epoll版本，讓服務(wù)器的IO變得更高效。
• 可以給當(dāng)前的HTTP服務(wù)器新增代理功能，也就是可以替代客戶端去訪問(wèn)某種服務(wù)，然后將訪問(wèn)結(jié)果再返回給客戶端。

應(yīng)用層面的擴(kuò)展

應(yīng)用層面可以選擇進(jìn)行如下擴(kuò)展：

• 基于當(dāng)前HTTP服務(wù)器，搭建在線博客。
• 基于當(dāng)前HTTP服務(wù)器，編寫在線畫圖板。
• 基于當(dāng)前HTTP服務(wù)器，編寫一個(gè)搜索引擎。