简单Web服务器设计与实现

简单Web服务器设计与实现摘要的工作基于客户机/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协议的作用原理包括四个步骤：连接，请求，应答,关闭应答。在课程设计中，系统开发平台为Win7，程序设计语言采用Java，程序运行平台为Eclipse。在程序设计中，采用了结构化与面向对象两种解决问题的方法。程序通过调试运行，初步实现了设计目标，并且经过适当完善后，将可以应用在商业中解决实际问题。关键词计算模型；Java；HTTP；Web服务器1前言Internet是目前世界上最大的计算机互联网络，与大家的生活、学习、工作有着越来越密切的关系，它遍布全球，将世界各地各种规模的网络连接成一个整体，其用户群十分庞大，因此，建设一个好的Web站点对于一个机构的发展十分重要。近年来，随着网络用户要求的不断提高及计算机科学的迅速发展，特别是数据库技术在Internet中的广泛应用，Web站点向用户提供的服务将越来越丰富，越来越人性化。本课程设计主要解决由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）进行通信的Web服务器的程序设计。1.1课程设计前准备以下的工作均是建立在大量的调查基础上的，是Web服务器开发前期准备工作所解决的问题。（1）Java简介Java是由sun公司开发的一种新型的面向对象的程序设计语言，主要用于web页面的设计[1]。Java语言的流行除了因为它能够编制嵌入HTML文件中的Applet外，还在于Java语言本身的面向对象、简单、平台无关性、安全性、多线程等特点。Java语言的发展颇具传奇性，它与Internet的的迅猛发展是分不开的。由于其发展迅速，有人将它比喻为Internet上的世界语。前面讲到在Internet上Web页面的设计采用的是HTML语言，用户借助于Web浏览器（如Netscape，HotJava，IE等），可以访问到远程web服务器上静态的、具有超链接的Web页面[2]。（2）HTTP协议简介HTTP协议是应用层的协议，定义了服务器端和客户端之间文件传输的沟通方式。HTTP协议用于从服务器传输超文本到本地浏览器的传送协议。由于HTTP协议支持的服务不限于，还可以是其它服务，它允许用户在统一的界面下，采用不同的协议访问不同的服务。它可以使浏览器更加高效，使网络传输减少。它不仅保证计算机正确快速地传输超文本文档，还确定传输文档中的哪一部分，以及哪部分内容首先显示等[3]。1.2课程设计的内容（1）熟悉服务器的工作原理；（2）熟悉套接字编程的相关知识；（3）完成一个简单的WEB服务器的设计与实现，要求能够通过HTTPGET命令获得一个简单的HTML文件；（4）运行该服务器，并编写一个简单的HTML文件完成测试。1.3课程设计要求（1）按要求编写课程设计报告书，能正确阐述设计结果。（2）通过课程设计培养学生严谨的科学态度，认真的工作作风和团队协作。（3）学会文献检索的基本方法和综合运用文献的能力。（4）在老师的指导下，要求每个学生独立完成课程设计的全部内容。1.4课程设计平台Windows7系统；Eclipse软件平台2Web服务器的工作原理2.1HTTP协议的作用原理作为传输媒介的一个应用系统，网页。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协议是基于TCP/IP协议之上的协议，是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。HTTP协议的作用原理包括四个步骤：连接，请求，应答，关闭应答。wsHTTP协议的作用原理包括四个步骤：(1)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。(2)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）。GET命令的格式为：GET路径/文件名HTTP/1.0文件名指出所访问的文件，HTTP/1.0指出Web浏览器使用的HTTP版本。(3)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。例：假设客户机与建立了连接，就会发送GET命令：GET/mydir/index.htmlHTTP/1.0。主机名为的Web服务器从它的文档空间中搜索子目录mydir的文件index.html。如果找到该文件，Web服务器把该文件内容传送给相应的Web浏览器。为了告知Web浏览器传送内容的类型，Web服务器首先传送一些HTTP头信息，然后传送具体内容（即HTTP体信息），HTTP头信息和HTTP体信息之间用一个空行分开。(4)关闭连接：当应答结束后，Web浏览器与Web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。2.2Java开发语言相关知识与技术Java主要技术有：多线程，I/O流操作，网络编程。2.2.1java中的多线程及实现：Java是面向对象的程序语言，用Java进行程序设计就是设计和使用类，Java为我们提供了线程类Thread来创建线程，创建线程与创建普通的类的对象的操作是一样的，而线程就是Thread类或其子类的实例对象。下面是一个创建启动一个线程的语句：Threadthread1=newThread();file://声明一个对象实例，即创建一个线程；Thread1.run();file://用Thread类中的run()方法启动线程；从这个例子，我们可以通过Thread()构造方法创建一个线程，并启动该线程。事实上，启动线程，也就是启动线程的run()方法，而Thread类中的run()方法没有任何操作语句，所以这个线程没有任何操作。要使线程实现预定功能，必须定义自己的run()方法。Java中通常有两种方式定义run()方法：通过定义一个Thread类的子类，在该子类中重写run()方法。Thread子类的实例对象就是一个线程，显然，该线程有我们自己设计的线程体run()方法，启动线程就启动了子类中重写的run()方法。通过Runnable接口，在该接口中定义run()方法的接口。所谓接口跟类非常类似，主要用来实现特殊功能，如复杂关系的多重继承功能。线程被实际创建后处于待命状态，激活（启动）线程就是启动线程的run()方法，这是通过调用线程的start()方法来实现的。线程状态：1）New当线程对象被创建时，处于该状态。2）Runnable：就绪状态，线程满足运行的所有条件但没有正在运行的线程位于该状态，有以下几种情况：a.处于New状态的线程执行start()。b.处于Running状态的线程失去CPU。c.处于OtherwiseBlock状态的线程阻塞解除。d.处于LockBlock状态的线程阻塞解除。3）Running：运行状态处于运行状态的线程可能发生以下几种情况：a.线程运行结束，进入Dead状态。b.CPU被分配给其它线程，进入Runnable状态。c.满足OtherwiseBlock的条件，进入OtherwiseBlock状态。d.由于锁的原因无法执行，进入LockBlock状态。e.由于等待的原因无法执行，进入WaitBlock状态。4）Dead：死亡状态线程运行结束，对于主线程main()结束，对于普通用户线程run()结束。5）OtherwiseBlock：阻塞状态，阻塞解除后进入Runnable状态a.调用sleep()，阻塞解除条件为阻塞时间满。b.调用join()，阻塞解除条件为调用join()的线程执行结束。注意：线程进入该状态不会释放锁。6）LockBlock：锁阻塞状态，阻塞解除后进入Runnable状态由于无法获得需要的锁而阻塞地线程进入该状态，阻塞解除条件为获得所需的锁。7）WaitBlock：等待阻塞状态，阻塞解除后进入LockBlock状态由于某个资源的原因必须进行等待，则进入该状态。阻塞解除条件为其它线程调用该资源的notify()或notifyAll()。下面一个例子实践了如何通过上述两种方法创建线程并启动它们：//通过Thread类的子类创建的线程；classthread1extendsThread{file://自定义线程的run()方法；publicvoidrun(){System.out.println(Thread1isrunning…);}}file://通过Runnable接口创建的另外一个线程；classthread2implementsRunnable{file://自定义线程的run()方法；publicvoidrun(){System.out.println(Thread2isrunning…);}}file://程序的主类'classMulti_Threadfile://声明主类；{plubicstaticvoidmail(Stringargs[])file://声明主方法；{thread1threadone=newthread1();file://用Thread类的子类创建线程；Threadthreadtwo=newThread(newthread2());file://用Runnable接口类的对象创建线程；threadone.start();threadtwo.start();file://strat()方法启动线程；}}运行该程序就可以看出，线程threadone和threadtwo交替占用CPU，处于并行运行状态。可以看出，启动线程的run()方法是通过调用线程的start()方法来实现的(见上例中主类)，调用start()方法启动线程的run()方法不同于一般的调用方法，调用一般方法时，必须等到一般方法执行完毕才能够返回start()方法，而启动线程的run()方法后，start()告诉系统该线程准备就绪可以启动run()方法后，就返回start()方法执行调用start()方法语句下面的语句，这时run()方法可能还在运行，这样，线程的启动和运行并行进行，实现了多任务操作。2.2.2I／O字节流操作1）Java中使用流的方式处理数据，基本的处理类为InputStream(字节读入流)和OutputStream(字节输出流)。2）可以使用各种过滤流对流数据进行过滤，实现各种附加功能。3）对字节流进行转换和包装可以获得字符流，字符流的基本处理流为Reader(字符读入流)和Writer(字符输出流)。a.字节流：InputStream：intread()读入流中的一个字节并返回，数据存放在int的低8位中；intread(byte[])读入流中的若干个字节，存放在byte[]中，返回读入字节的数量；intread(byte[],int,int)读入流中的若干个字节，存放在byte[]中从第一个int参数开始(索引)，最大长度为第二个int参数的区间内。OutputStream：flush()将输出缓冲区中的信息写到真正的输出设备。调用方法：①输出缓冲区满：自动调用；②调用close()时先调用flush()：自动调用；③手动调用flush()最常见的情况是产生异常时，虽然在finally中会对流执行close()，但在异常条件下，close()能保证对流的关闭，但在调用flush()时会有漏洞。b.字符流：优点：操作文本数据时比较直观，读入和写出都以char为基本单位。缺点：底层依然以字节