使用Java Socket手撸一个http服务器

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作为一个java后端，提供http服务可以说是基本技能之一了，但是你真的了解http协议么？你知道知道如何手撸一个http服务器么？tomcat的底层是怎么支持http服务的呢？大名鼎鼎的Servlet又是什么东西呢，该怎么使用呢？

在初学java时，socket编程是逃不掉的一章；虽然在实际业务项目中，使用这个的可能性基本为0，本篇博文将主要介绍如何使用socket来实现一个简单的http服务器功能，提供常见的get/post请求支持，并再此过程中了解下http协议

I. Http服务器从0到1

既然我们的目标是借助socket来搭建http服务器，那么我们首先需要确认两点，一是如何使用socket；另一个则是http协议如何，怎么解析数据；下面分别进行说明

1. socket编程基础

我们这里主要是利用ServerSocket来绑定端口，提供tcp服务，基本使用姿势也比较简单，一般套路如下

创建ServerSocket对象，绑定监听端口
通过accept()方法监听客户端请求
连接建立后，通过输入流读取客户端发送的请求信息
通过输出流向客户端发送乡音信息
关闭相关资源

对应的伪代码如下:

ServerSocket serverSocket = new ServerSocket(port, ip) serverSocket.accept(); // 接收请求数据 socket.getInputStream();// 返回数据给请求方 out = socket.getOutputStream() out.print(xxx) out.flush();;// 关闭连接 socket.close()

2. http协议

我们上面的ServerSocket走的是TCP协议，HTTP协议本身是在TCP协议之上的一层，对于我们创建http服务器而言，最需要关注的无非两点

请求的数据怎么按照http的协议解析出来
如何按照http协议，返回数据

所以我们需要知道数据格式的规范了

请求消息

响应消息

上面两张图，先有个直观映象，接下来开始抓重点

不管是请求消息还是相应消息，都可以划分为三部分，这就为我们后面的处理简化了很多

第一行：状态行
第二行到第一个空行：header（请求头/相应头)
剩下所有：正文

3. http服务器设计

接下来开始进入正题，基于socket创建一个http服务器，使用socket基本没啥太大的问题，我们需要额外关注以下几点

对请求数据进行解析
封装返回结果

a. 请求数据解析

我们从socket中拿到所有的数据，然后解析为对应的http请求，我们先定义个Request对象，内部保存一些基本的HTTP信息，接下来重点就是将socket中的所有数据都捞出来，封装为request对象

@Data public static class Request { /** * 请求方法 GET/POST/PUT/DELETE/OPTION... */ private String method; /** * 请求的uri */ private String uri; /** * http版本 */ private String version; /** * 请求头 */ private Map<String, String> headers; /** * 请求参数相关 */ private String message; }

根据前面的http协议介绍，解析过程如下，我们先看请求行的解析过程

请求行，包含三个基本要素：请求方法 + URI + http版本，用空格进行分割，所以解析代码如下

/** * 根据标准的http协议，解析请求行 * * @param reader * @param request */ private static void decodeRequestLine(BufferedReader reader, Request request) throws IOException { String[] strs = StringUtils.split(reader.readLine(), " "); assert strs.length == 3; request.setMethod(strs[0]); request.setUri(strs[1]); request.setVersion(strs[2]); }

请求头的解析，从第二行，到第一个空白行之间的所有数据，都是请求头；请求头的格式也比较清晰，形如 key:value, 具体实现如下

/** * 根据标准http协议，解析请求头 * * @param reader * @param request * @throws IOException */ private static void decodeRequestHeader(BufferedReader reader, Request request) throws IOException { Map<String, String> headers = new HashMap<>(16); String line = reader.readLine(); String[] kv; while (!"".equals(line)) { kv = StringUtils.split(line, ":"); assert kv.length == 2; headers.put(kv[0].trim(), kv[1].trim()); line = reader.readLine(); } request.setHeaders(headers); }

最后就是正文的解析了，这一块需要注意一点，正文可能为空，也可能有数据；有数据时，我们要如何把所有的数据都取出来呢？

先看具体实现如下

/** * 根据标注http协议，解析正文 * * @param reader * @param request * @throws IOException */ private static void decodeRequestMessage(BufferedReader reader, Request request) throws IOException { int contentLen = Integer.parseInt(request.getHeaders().getOrDefault("Content-Length", "0")); if (contentLen == 0) { // 表示没有message，直接返回 // 如get/options请求就没有message return; } char[] message = new char[contentLen]; reader.read(message); request.setMessage(new String(message)); }

注意下上面我的使用姿势，首先是根据请求头中的Content-Type的值，来获得正文的数据大小，因此我们获取的方式是创建一个这么大的char[]来读取流中所有数据，如果我们的数组比实际的小，则读不完；如果大，则数组中会有一些空的数据；

最后将上面的几个解析封装一下，完成request解析

/** * http的请求可以分为三部分 * * 第一行为请求行: 即方法 + URI + 版本 * 第二部分到一个空行为止，表示请求头 * 空行 * 第三部分为接下来所有的，表示发送的内容,message-body；其长度由请求头中的 Content-Length 决定 * * 几个实例如下 * * @param reqStream * @return */ public static Request parse2request(InputStream reqStream) throws IOException { BufferedReader httpReader = new BufferedReader(new InputStreamReader(reqStream, "UTF-8")); Request httpRequest = new Request(); decodeRequestLine(httpReader, httpRequest); decodeRequestHeader(httpReader, httpRequest); decodeRequestMessage(httpReader, httpRequest); return httpRequest; }

b. 请求任务HttpTask

每个请求，单独分配一个任务来干这个事情，就是为了支持并发，对于ServerSocket而言，接收到了一个请求，那就创建一个HttpTask任务来实现http通信

那么这个httptask干啥呢？

从请求中捞数据
响应请求
封装结果并返回

public class HttpTask implements Runnable { private Socket socket; public HttpTask(Socket socket) { this.socket = socket; } @Override public void run() { if (socket == null) { throw new IllegalArgumentException("socket can't be null."); } try { OutputStream outputStream = socket.getOutputStream(); PrintWriter out = new PrintWriter(outputStream); HttpMessageParser.Request httpRequest = HttpMessageParser.parse2request(socket.getInputStream()); try { // 根据请求结果进行响应，省略返回 String result = ...; String httpRes = HttpMessageParser.buildResponse(httpRequest, result); out.print(httpRes); } catch (Exception e) { String httpRes = HttpMessageParser.buildResponse(httpRequest, e.toString()); out.print(httpRes); } out.flush(); } catch (IOException e) { e.printStackTrace(); } finally { try { socket.close(); } catch (IOException e) { e.printStackTrace(); } } } }

对于请求结果的封装，给一个简单的进行演示

@Data public static class Response { private String version; private int code; private String status; private Map<String, String> headers; private String message; }public static String buildResponse(Request request, String response) { Response httpResponse = new Response(); httpResponse.setCode(200); httpResponse.setStatus("ok"); httpResponse.setVersion(request.getVersion()); Map<String, String> headers = new HashMap<>(); headers.put("Content-Type", "application/json"); headers.put("Content-Length", String.valueOf(response.getBytes().length)); httpResponse.setHeaders(headers); httpResponse.setMessage(response); StringBuilder builder = new StringBuilder(); buildResponseLine(httpResponse, builder); buildResponseHeaders(httpResponse, builder); buildResponseMessage(httpResponse, builder); return builder.toString(); }private static void buildResponseLine(Response response, StringBuilder stringBuilder) { stringBuilder.append(response.getVersion()).append(" ").append(response.getCode()).append(" ") .append(response.getStatus()).append("\n"); }private static void buildResponseHeaders(Response response, StringBuilder stringBuilder) { for (Map.Entry<String, String> entry : response.getHeaders().entrySet()) { stringBuilder.append(entry.getKey()).append(":").append(entry.getValue()).append("\n"); } stringBuilder.append("\n"); }private static void buildResponseMessage(Response response, StringBuilder stringBuilder) { stringBuilder.append(response.getMessage()); }

c. http服务搭建

前面的基本上把该干的事情都干了，剩下的就简单了，创建ServerSocket，绑定端口接收请求，我们在线程池中跑这个http服务

public class BasicHttpServer { private static ExecutorService bootstrapExecutor = Executors.newSingleThreadExecutor(); private static ExecutorService taskExecutor; private static int PORT = 8999; static void startHttpServer() { int nThreads = Runtime.getRuntime().availableProcessors(); taskExecutor = new ThreadPoolExecutor(nThreads, nThreads, 0L, TimeUnit.MILLISECONDS, new LinkedBlockingQueue<>(100), new ThreadPoolExecutor.DiscardPolicy()); while (true) { try { ServerSocket serverSocket = new ServerSocket(PORT); bootstrapExecutor.submit(new ServerThread(serverSocket)); break; } catch (Exception e) { try { //重试 TimeUnit.SECONDS.sleep(10); } catch (InterruptedException ie) { Thread.currentThread().interrupt(); } } } bootstrapExecutor.shutdown(); } private static class ServerThread implements Runnable { private ServerSocket serverSocket; public ServerThread(ServerSocket s) throws IOException { this.serverSocket = s; } @Override public void run() { while (true) { try { Socket socket = this.serverSocket.accept(); HttpTask eventTask = new HttpTask(socket); taskExecutor.submit(eventTask); } catch (Exception e) { e.printStackTrace(); try { TimeUnit.SECONDS.sleep(1); } catch (InterruptedException ie) { Thread.currentThread().interrupt(); } } } } } }

到这里，一个基于socket实现的http服务器基本上就搭建完了，接下来就可以进行测试了

4. 测试

做这个服务器，主要是基于项目 quick-fix 产生的，这个项目主要是为了解决应用内部服务访问与数据订正，我们在这个项目的基础上进行测试

一个完成的post请求如下

接下来我们看下打印出返回头的情况

II. 其他

0. 项目源码

quick-fix
相关代码:
- com.git.hui.fix.core.endpoint.BasicHttpServer
- com.git.hui.fix.core.endpoint.HttpMessageParser
- com.git.hui.fix.core.endpoint.HttpTask