C++写一个http服务器/web服务器

2023-05-16

开篇废话

其实这篇文章一直想写，苦于没有时间，想一气呵成写完，在离回家前一天晚上，在上海的小宾馆里面异常兴奋，写一下如何用C++搭建一个简易的http服务器。

我相信大部分人都希望渴望一个自己的网站（哪怕在破在破也是自己做的），我当初是就是这么渴望的，记得那是2020年的8月，我查阅的各种资料终于学会了socket，于是迫不及待的写了一个聊天程序，一直在研究如何端口映射。那时候还很傻很天真，来了一个连接就开一根线程，离开就销毁这根线程，那会也知道线程创建和销毁的开销很大，但是一直没有想到其他的好办法呀。现在回头看这个问题会显得很蠢，咋就没想到用线程池技术呢？学习就是一步一步进化的过程，不去羡慕谁、不去跟任何人比，只跟自己比！

本篇文章不会涉及到很多复杂的概念，也没有写很难读懂的模板函数，代码简单可读，本篇文章送给每一个想自己用C++写一个http服务器的小伙伴！高手们、大佬们当然可以不用看的啦，因为我目前还是个菜鸟～我会把我再学习http遇到的问题、想法都写在本章中。

正文

怎么写一个简单的http服务器阿？很简单，只需要返回最基本的3个东西即可。

状态码
发送文件的长度
发送文件的类型

状态码如200(找到请求文件)、404（未找到请求文件），我实现的也比较简单，就实现了这两个状态码。

文件长度比如客户请求的是index.html页面，浏览器如何知道收到的这个文件什么时候结束呢？就靠是文件的长度

文件类型 html的类型是html格式，css的是css格式，图片有图片的格式，zip有zip格式文件格式对应的文件类型表

返回给客户端三个这种东西加上请求的文件即可（存在请求文件的情况下）可以了

还想再复杂的话，可以看这篇介绍http各个参数的文章文章链接

Http工作流程

在这个部分大概介绍一下大概的http的工作流程。客户端通过网址访问到你的网站（一定要记住客户端是主动请求连接的，服务端是被动连接的），实则就是通过ip+port访问的，只不过http的默认端口号是80。比如你还没有域名、云服务器这些东西，那如何在本地测试呢？就是在浏览框输入ip:port，例如127.0.0.1:9996，按下回车就可以在本地访问自己的http服务器了。当然了http要给客户（请求者）一个首页，当客户没有指定网页，单纯的打出域名或者127.0.0.1:9996，就给他一个默认的首页，这也是我们要实现的事情。客户写了请求文件，我们来判断是否存在，存在就返回状态码200和请求文件的内容。不存在就直接返回404。那我们如何判断啊，拿最简单的GET为例子吧，其他也大同小异，有兴趣的同学可以自行研究其他的。我们利用正则表达式来解析客户发来的请求是GET还是POST还是其他请求，在解析出来要请求文件。再利用状态机思想来文件是否存在，若存在在判断文件的类型。大概的流程就是这些。

Http.h

#pragma once
#include <string>
#include <unordered_map>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <unistd.h>


class TcpClient;

class Http{
        // 文件的根目录
        const std::string path_ = "./www/dxgzg_src";
        std::string filePath_;// 具体文件的绝对路径
        std::string fileType_;// 请求文件的类型
        std::string header_;  // http头response
        int fileSize_;
        int fileFd_;

        struct stat fileStat_;

        // POST请求的话将留言保存到本地文件中
        bool isPostMode_ = false;
public:
        Http() = default;
        void addHeader(const std::string& head);
        void Header(bool flag);
        // 把一些头文件的信息都加进来，只有成功的时候调用这个函数,
        // 并返回文件中的数据
        void processHead();

        // 把请求文件的路径加上
        void addFilePath(const std::string& requestFile);

        // 获取文件的类型
        void analyseFileType(const std::string& requestFile);


        bool analyseFile(const std::string& request);

        void SendFile(int clientFd,bool isRequestOk);

        bool fileIsExist();

        // 用户自定义的回调函数要正确的处理异常和自己负责关闭套接字
        void ReadCallback(TcpClient* t);
};

Http.cpp

#include "Http.h"
#include "TcpClient.h"
#include "Logger.h"


#include <regex>
#include <sys/socket.h>
#include <sys/sendfile.h>
#include <fcntl.h>
#include <unordered_map>
// 用于test
#include <iostream>

using namespace std;
void Http::addHeader(const string& head)
{
    if (!head.empty())
    {
        header_ += head;
        header_ += "\r\n";
    // Console.WriteLine("我在这里 head!= null" + header_);
    }
    // 自动加个结尾
    else
    {
        header_ += "\r\n";
    // Console.WriteLine("我在这里 head == null" + header_);
    }
}

void Http::Header(bool flag)
{
    // 判断要发送的头部 true 表示200 false 表示404
    if(flag == true)
    { 
        header_ = "HTTP/1.1 200 OK\r\n";
    }
    else
    {
        header_ = "HTTP/1.1 404 NOTFOUND\r\nContent-Length:0\r\n\r\n";
    }
}

void Http::processHead()
{
    string ContentType = "Content-Type:";
    if (fileType_ == "html")
    {
        ContentType += "text/html";
    }
    else if(fileType_ == "js")
    {
        ContentType += "application/x-javascript";
    }
    else if(fileType_ == "css")
    {
        ContentType += "text/css";
    }
    else if(fileType_=="jpg" || fileType_== "png")
    {
        ContentType += "image/" + fileType_;
    }
    else if (fileType_== "zip" || fileType_ == "tar")
    {
        ContentType += "application/" + fileType_;
    }
    addHeader(ContentType);

    // 代完善，要打开文件 filePath_是请求文件的路径
    fileSize_= fileStat_.st_size;
    string ContentLength = "Content-Length:" + to_string(fileSize_);
    addHeader(ContentLength);
    // 最后加了一个结尾
    addHeader("");
    // Console.WriteLine("process fileContent_:" + );
}

void Http::addFilePath(const string& requestFile)
{
    filePath_ += requestFile;
}

void Http::analyseFileType(const string& requestFile)
{
    for (int i = 0; i < requestFile.size(); ++i)
    {
        if (requestFile[i] == '.')
        {
            // 获取请求文件以什么结尾的
            fileType_ = requestFile.substr(i + 1);
        }
    }
}

bool Http::fileIsExist(){
    fileFd_ = ::open(filePath_.c_str(),O_CLOEXEC | O_RDWR);
    if (fileFd_ < 0)
    {   // 说明为找到请求的文件
        return false;
    }
    return true;
}

bool Http::analyseFile(const string& request)
{
    // 调用header的
    // 在[]的^是以什么什么开头，放在[]里面的是非的意思
    string pattern = "^([A-Z]+) ([A-Za-z./1-9-]*)";
    regex reg(pattern);
    smatch mas;
    regex_search(request,mas,reg);
    // 因为下标0是代表匹配的整体
    if(mas.size() < 3){
        LOG_INFO("不是正常请求");
        // 啥都不是直接返回false
        return false;
    }
    string requestMode = mas[1];
    if(requestMode == "POST"){
        isPostMode_ = true;
        cout << "POST请求！！！！！" << endl;
    }
    // 请求的具体文件
    string requestFile = mas[2];
    // 先获取请求的文件

    bool flag;
    if (requestFile == "/")
    { // 如果是/的话就给默认值
        filePath_.clear(); // 先清个零
        filePath_ = path_;
        filePath_ += "/run.html";
        // 文件的类型也要给人家加上
        fileType_ = "html"; 
    }
    else
    {
        filePath_.clear(); // 先清个零
        filePath_ = path_;
        addFilePath(requestFile);
        // 利用open函数
        
    }
    flag = fileIsExist();
    // 未找到文件的话
    if(!flag){
        LOG_INFO("未找到客户要的文件");
        cout << filePath_ << endl;
        return false;
    }
    ::fstat(fileFd_,&fileStat_);
    // 如果文件不存在的话也就不需要解析类型
    analyseFileType(requestFile);
    return true;
}


void Http::SendFile(int clientFd,bool isRequestOk)
{
    long len = 0;
    // 头部一定是有的。
    while(len < header_.size()){
        len += ::send(clientFd,header_.c_str(),header_.size(),0);
        cout << "len header" << header_ <<endl;
    }
    // 发完了头，在发请求文件的信息。如果是404这里是没有的
    if (isRequestOk == true)
    {
        len = 0;
	int num = 0;
       	int tmpLen = 0;// 连续好几次没变的话就加一个num
	 while (len < fileSize_)
        {
	    // 发送的文件个数已经写入在len当中了 
            ::sendfile(clientFd,fileFd_,(off_t*)&len,fileStat_.st_size- len);
            cout << "len sendfile" <<"len:" << len << "fileSize" << fileSize_ <<endl;
            if(len <= 0 ){
		break;
	    }
	    if(tmpLen == len){
		++num;
		if(num > 10){
			break;
		}
	    }
	    tmpLen = len;
	}

    }

}

void Http::ReadCallback(TcpClient* t){
    cout << "ReadCallback" << endl;
    int  sockFd = t->getFd();
    char buff[1024];
    int r = ::recv(sockFd,buff,sizeof(buff),0);
    if (r == 0)
    {
        t->CloseCallback();
        return;
    }
    buff[r] = '\0';
    string str = buff;
    cout << str << endl;
    // 未找到文件直接回应404.
    bool flag = analyseFile(str);
    Header(flag);
    if(!flag){
        SendFile(sockFd,false);
       // t->CloseCallback();
        return ;
    }
    // 这个修改头文件的，先调用这个
    processHead();
    //这是文件找到了发送的
    SendFile(sockFd,true);

    if(isPostMode_){
        int fd = ::open("./postLog/message.txt",O_RDWR);
        if(fd < 0){
            LOG_ERROR("未找到文件");
            
        }
        else{
            // 文件偏移到末尾
            ::lseek(fd,0,SEEK_END);
            ::write(fd,str.c_str(),str.size());
            close(fd);
        }
        isPostMode_ = true;
    }

    // 关闭文件套接字
    close(fileFd_);
    // 发完就关闭连接,主要是为了多去几个线程还能跑的快一些
    //t->CloseCallback();
}

不考虑高并发的情况，设计一个同步阻塞的epoll即可，看完http必备的三要素已经能够写出一个服务器了，我的底层socket采用的是自己封装的网络库，Reactor模型，one loop per thread的代码文件比较多，所以就没有放上来，但只要把状态码、文件类型（那一大段if）、文件的长度这三个实现了就可以搭建一个简易的http服务器了。可以利用sendfile零拷贝来发送文件

在补充一点就是，http协议是\r\n结尾。最后还有一个\r\n，就比如404，HTTP/1.1 404 NOTFOUND\r\nContent-Length:0\r\n\r\n，最后面再跟一个\r\n，结束一段跟一个\r\n

个人网站链接

个人网站

源码地址

2021.10.25更，最近终于有空把自己的代码重构了一下，感觉写的还可以，附上链接github链接有兴趣可以点个星哈哈哈哈,可以去github上看一看

新的解析协议

2022.5.18更新，根据\r\n解析每一行，这算一个能跑的伪码，在服务端的话还会设置一下状态码来标识当前解析的状态，所以想了解具体的话可以去github下载源码来看。

简单介绍一下

有一条请求是GET /add?name=hello world&age=19，之前的做法是不支持这样的解析，现在已经支持这样的解析。

#include <string>
#include <unordered_map>
#include <iostream>
#include <map>
#include <vector>
using namespace std;
map<string,string> queryKV;
// pos:偏移量注意是个引用,endIndex:参数结尾的下标.addPos:校正偏移量
pair<string,string> spilt(const string& s,string sep,size_t& pos,size_t endIndex,size_t addPos){
    size_t startIndex = s.find(sep,pos);
    if(startIndex == string::npos)return pair<string,string>();
    string key = s.substr(pos,startIndex - pos);

    string value ="";
    if(endIndex == string::npos){ // 比如 name=dxgzg,后面没有&就需要走第一个了。
        value =  s.substr(startIndex + 1);
        pos = s.size(); // endIndex + 1就等于0了，正数溢出
    } else{
        value = s.substr(startIndex + 1, endIndex - startIndex - 1);
        pos = endIndex + addPos;// ex: \r\n偏移量加2,&偏移量加1
    }

    pair<string,string> ans(key,value);
    return ans;
}
// query url
void example(){
    string s = "POST /addMsg HTTP/1.1\r\nHost: 192.168.0.106 : 9996\r\nConnection : keep - alive\r\n\r\n{\"content\":\"test\"}";

    // 第一行数据
    size_t oneIndex = s.find("\r\n");
    string oneData = s.substr(0, oneIndex);
    size_t index1 = oneData.find(" ");
    size_t index2 = oneData.find(" ",index1 + 1);
    string method = oneData.substr(0,index1);
    string path = oneData.substr(index1 + 1,index2 - index1 - 1);
    size_t flagSpilt = path.find("?"); // 找到"?"
    
    string query = "";    
    if(flagSpilt != string::npos){
        query = path.substr(flagSpilt + 1);
        size_t pos = 0;
        while(1){
            size_t endIndex = query.find("&",pos);
            cout << endIndex << endl;
            auto p = spilt(query,"=",pos,endIndex,1);
            if(p.first == "" && p.second == "")break;
            cout << p.first << " " << p.second << endl;
//        cout << pos << endl;

            queryKV[p.first] = p.second;
        }
    }


    string httpVersion = oneData.substr(index2 + 1,oneIndex - index2 - 1);

    cout << "method:" << method << endl;
    cout << "path:" << path <<endl;
    cout << "query:" << query << endl;
    cout << "httpVersion:" << httpVersion << endl;

    for(auto p: queryKV){
        cout << "key:" << p.first;
        cout << " value:" << p.second << endl;
    }
}
void example2(){
    string s = "POST /addMsg?name=dxgzg&age=19 HTTP/1.1\r\nHost: 192.168.0.106 : 9996\r\nConnection : keep - alive\r\n\r\n{\"content\":\"test\"}";

    // 第一行数据
    size_t oneIndex = s.find("\r\n");
    string oneData = s.substr(0, oneIndex);
    example();
    size_t lastlineIndex = 0;
    lastlineIndex = s.find("\r\n\r\n");

    size_t index = oneIndex + 2; // 偏移量,第一行的后面
    size_t endIndex = 0;
    map<string,string> m;
    while( index < lastlineIndex && ((endIndex = s.find("\r\n",index)) != string::npos)){
        auto p = spilt(s,":",index,endIndex,2);
        m[p.first] = p.second;
    }

    for(auto& p : m){
        cout << "key:" << p.first;
        cout << " value:" << p.second << endl;
    }

    size_t dataIndex = lastlineIndex + 4;
    string data = s.substr(dataIndex);

    cout << data.size() << endl;
    cout << data << endl;
}
int main() {
    // 解析url的
    example();
    
    // 解析http header
    example2();
	return 0;
}

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