Nginx网络epoll多进程系列：应用层协议实现系列（二）——HTTP服务器之http协议解析

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上一篇文章《仿nginx Http服务器的设计与实现（一）——多进程和多路IO的实现》中实现了一个仿照nginx的支持高并发的服务器，但只是实现了端口监听和数据接收，并没有实现对http协议的解析，下面就对如何解析http协议进行说明。

我们可以通过浏览器访问之前所搭建的http服务器，可以看到终端输出如下：

[plain]  view plain  copy

1. GET / HTTP/1.1  
2. Host: 127.0.0.1:8080  
3. Connection: keep-alive  
4. Cache-Control: max-age=0  
5. Accept: text/html,application/xhtml+xml,application/xml;q=0.9,image/webp,*/*;q=0.8  
6. User-Agent: Mozilla/5.0 (Macintosh; Intel Mac OS X 10_9_0) AppleWebKit/537.36 (KHTML, like Gecko) Chrome/34.0.1847.131 Safari/537.36  
7. Accept-Encoding: gzip,deflate,sdch  
8. Accept-Language: zh-CN,zh;q=0.8  

参考一些网上的资料可以知道，http协议主要有三部分组成，即请求行、若干请求字段、请求体。请求行主要包括所使用的http方法，访问的路径以及http的版本。请求字段主要包括若干个详细说明本次http请求的字段，每个字段由字段名+冒号+空格+字段值组成。请求体主要包括发送到客户端的数据。其中请求行和请求字段之间是连续的，而请求字段与请求体之间会有两个空白行（\r\n）分隔。

在明确了这些内容之后，我们就可以开始对接收到的http请求进行解析了。本文将使用两个类，CHttpRequest和CHttpResponse来实现这一功能。下面首先修改上一篇文章中的

handleRequest方法：

[cpp]  view plain  copy

1. //处理http请求  
2. bool handleRequest(int connFd) {  
3.     if (connFd<=0) return false;  
4.     //读取缓存  
5.     char buff[4096];  
6.     //读取http header  
7.     int len = (int)recv(connFd, buff, sizeof(buff), 0);  
8.     if (len<=0) {  
9.         return false;  
10.     }  
11.     buff[len] = '\0';  
12.     std::cout<<buff<<std::endl;  
13.   
14.     CHttpRequest *httpRequest = new CHttpRequest();  
15.     httpRequest->handleRequest(buff);  
16.     CHttpResponse *httpResponse = new CHttpResponse(httpRequest);  
17.     bool result = httpResponse->response(connFd);  
18.     //返回是否需要中断连接  
19.     std::string transformConnection(httpRequest->connection);  
20.     std::transform(transformConnection.begin(), transformConnection.end(), transformConnection.begin(), ::tolower);  
21.     return transformConnection == "Keep-Alive" && result;  
22. }  

该代码中采用了一个长度为4096的缓冲区接收http头，接收完成之后，调用CHttpRequest进行解析。下面来看看CHttpRequest的代码：

[cpp]  view plain  copy

1. #include "CHttpRequest.h"  
2. #include "define.h"  
3.   
4. using namespace std;  
5.   
6. CHttpRequest::CHttpRequest() {  
7.     connection = "Close";  
8.     modifiedTime = "";  
9.     fileStart = 0;  
10.     fileEnd = 0;  
11.       
12.     fieldMap[TS_HTTP_HEADER_CONNECTION] = &CHttpRequest::handleConnection;  
13.     fieldMap[TS_HTTP_HEADER_AUTHORIZATION] = &CHttpRequest::handleAuthorization;  
14.     fieldMap[TS_HTTP_HEADER_RANGE] = &CHttpRequest::handleRange;  
15.     fieldMap[TS_HTTP_HEADER_IF_MOD_SINCE] = &CHttpRequest::handleIfModSince;  
16. }  
17.   
18. void CHttpRequest::handleRequest(char *header) {  
19.     stringstream stream;  
20.     stream<<header;  
21.       
22.     int count = 0;  
23.     while (1) {  
24.         if (stream.eof()) {  
25.             break;  
26.         }  
27.         char line[1024];  
28.         stream.getline(line, sizeof(line));  
29.         if (strcmp(line, "")==0) {  
30.             continue;  
31.         }  
32.           
33.         stringstream lineStream;  
34.         lineStream<<line;  
35.         //first line  
36.         if (count == 0) {  
37.             lineStream>>method;  
38.             lineStream>>path;  
39.             lineStream>>version;  
40.         }else {  
41.             string fieldName;  
42.             lineStream>>fieldName;  
43.             //remove \r  
44.             line[strlen(line)-1] = '\0';  
45.             void(CHttpRequest::*func)(char*) = fieldMap[fieldName];  
46.             if (func!=NULL) {  
47.                 (this->*func)(line+fieldName.length()+1);  
48.             }  
49.         }  
50.         count++;  
51.     }  
52. }  
53.   
54. void CHttpRequest::handleConnection(char *field) {  
55.     if (ENABLE_KEEP_ALIVE) {  
56.         connection = string(field);  
57.     }  
58. }  
59.   
60. void CHttpRequest::handleAuthorization(char *field) {  
61.     char authName[10], authInfo[256];  
62.     sscanf(field, "%s %s", authName, authInfo);  
63.     authorize = string(authInfo);  
64. }  
65.   
66. void CHttpRequest::handleRange(char *field) {  
67.     if (strstr(field, "bytes=")==field) {  
68.         char *start = strtok(field+strlen("bytes="), "-");  
69.         fileStart = start==NULL?0:atol(start);  
70.         char *end = strtok(NULL, "-");  
71.         fileEnd = end==NULL?0:atol(end);  
72.     }  
73. }  
74.   
75. void CHttpRequest::handleIfModSince(char *field) {  
76.     modifiedTime = string(field);  
77. }  

为了保证http解析的效率，本文采用了与nginx中类似的做法，将字段名与解析函数放到了map中（nginx中使用的是hash表，在这里简化为map）。在解析完成之后，调用CHttpResponse构造响应。CHttpResponse代码如下：

[cpp]  view plain  copy

1. #include "CHttpResponse.h"  
2. #include "CHttpRequest.h"  
3. #include <sys/socket.h>  
4. #include "define.h"  
5. #include <string.h>  
6.   
7. #define HTTP_RESPONSE_404 "<html><head><title>404 Not Found</title></head><body><h1>Not Found</h1><p>The requested URL was not found on this server.</p></body></html>"  
8.   
9. std::string getStringFromTime(time_t time) {  
10.     char timeBuff[64];  
11.     struct tm tm = *gmtime(&time);  
12.     strftime(timeBuff, sizeof timeBuff, "%a, %d %b %Y %H:%M:%S %Z", &tm);  
13.     return std::string(timeBuff);  
14. }  
15.   
16. CHttpResponse::CHttpResponse(CHttpRequest *request) {  
17.     m_request = request;  
18.     if (m_request->method.compare(TS_HTTP_METHOD_GET_S)==0 || m_request->method.compare(TS_HTTP_METHOD_HEAD_S)==0) {  
19.         std::string path = ROOT_PATH;  
20.         if (m_request->path.compare("/")==0) {  
21.             path += ROOT_HTML;  
22.         }else {  
23.             path += m_request->path;  
24.         }  
25.           
26.         m_statusCode = 0;  
27.         //if file exist  
28.         if (isFileExist(path.c_str())) {  
29.             //if receive modified time  
30.             if (!m_request->modifiedTime.empty()) {  
31.                 time_t time = fileModifiedTime(path.c_str());  
32.                 if (getStringFromTime(time) == m_request->modifiedTime) {  
33.                     m_statusCode = TS_HTTP_STATUS_NOT_MODIFIED;  
34.                     m_statusMsg = TS_HTTP_STATUS_NOT_MODIFIED_S;  
35.                 }  
36.             }  
37.             //if file modified  
38.             if (m_statusCode == 0) {  
39.                 if (m_request->fileStart || m_request->fileEnd) {  
40.                     long long fileSize = getFileSize(path.c_str());  
41.                     //if request range satisfied  
42.                     if (m_request->fileStart<fileSize && m_request->fileEnd<fileSize) {  
43.                         m_statusCode = TS_HTTP_STATUS_PARTIAL_CONTENT;  
44.                         m_statusMsg = TS_HTTP_STATUS_PARTIAL_CONTENT_S;  
45.                         m_sendFilePath = path;  
46.                     }else {  
47.                         m_statusCode = TS_HTTP_STATUS_REQUEST_RANGE_NOT_SATISFIABLE;  
48.                         m_statusMsg = TS_HTTP_STATUS_REQUEST_RANGE_NOT_SATISFIABLE_S;  
49.                     }  
50.                 }else {  
51.                     m_statusCode = TS_HTTP_STATUS_OK;  
52.                     m_statusMsg = TS_HTTP_STATUS_OK_S;  
53.                     m_sendFilePath = path;  
54.                 }  
55.             }  
56.         } else {  
57.             m_statusCode = TS_HTTP_STATUS_NOT_FOUND;  
58.             m_statusMsg = TS_HTTP_STATUS_NOT_FOUND_S;  
59.             m_sendStr = HTTP_RESPONSE_404;  
60.         }  
61.     }  
62. }  
63.   
64. bool CHttpResponse::response(int connFd) {  
65.     bool result = true;  
66.     std::stringstream responseStream;  
67.       
68.     responseStream<<m_request->version<<" "<<m_statusMsg<<"\r\n";  
69.     //time  
70.     responseStream<<"Date: "<<getStringFromTime(time(0))<<"\r\n";  
71.       
72.     //server name  
73.     responseStream<<"Server: "<<SERVER_NAME<<"\r\n";  
74.       
75.     //keep alive  
76.     responseStream<<"Connection: "<<m_request->connection<<"\r\n";  
77.       
78.     //content length  
79.     long long contentLength = 0;  
80.     //if file exist  
81.     if (!m_sendFilePath.empty()) {  
82.         //if define file end  
83.         if (m_request->fileEnd) {  
84.             contentLength = m_request->fileEnd - m_request->fileStart + 1;  
85.         }  
86.         //if define file start  
87.         else if (m_request->fileStart) {  
88.             contentLength = getFileSize(m_sendFilePath.c_str()) - m_request->fileStart + 1;  
89.         }  
90.         //if undefine start or end  
91.         else {  
92.             contentLength = getFileSize(m_sendFilePath.c_str());  
93.         }  
94.     } else if (!m_sendStr.empty()) {  
95.         contentLength = m_sendStr.length();  
96.     }  
97.     if (contentLength) {  
98.         responseStream<<"Content-Length: "<<contentLength<<"\r\n";  
99.     }  
100.       
101.     //last modified  
102.     if (!m_sendFilePath.empty()) {  
103.         responseStream<<"Last-Modified: "<<getStringFromTime(fileModifiedTime(m_sendFilePath.c_str()))<<"\r\n";  
104.           
105.         responseStream<<"Accept-Ranges: "<<"bytes"<<"\r\n";  
106.     }  
107.       
108.     //content type  
109.     if (!m_sendFilePath.empty()) {  
110.         char path[256];  
111.         strcpy(path, m_sendFilePath.c_str());  
112.         char *ext = strtok(path, ".");  
113.         char *lastExt = ext;  
114.         while (ext!=NULL) {  
115.             ext = strtok(NULL, ".");  
116.             if (ext) lastExt = ext;  
117.         }  
118.         for (int i=0; i<38; i++) {  
119.             if (strcmp(mmt[i].ext, lastExt)==0) {  
120.                 responseStream<<"Content-Type: "<<mmt[i].type<<"\r\n";  
121.                 break;  
122.             }  
123.         }  
124.     }  
125.       
126.     //other  
127.     switch (m_statusCode) {  
128.         case TS_HTTP_STATUS_UNAUTHORIZED:  
129.             responseStream<<"WWW-Authenticate: Basic realm=\"zhaoxy.com\"\r\n";  
130.             break;  
131.         case TS_HTTP_STATUS_FOUND:  
132.             responseStream<<"Location: /index.html\r\n";  
133.             break;  
134.         case TS_HTTP_STATUS_PARTIAL_CONTENT:  
135.             responseStream<<"Content-Range: "<<"bytes "<<m_request->fileStart<<"-"<<(m_request->fileEnd==0?contentLength:m_request->fileEnd)<<"/"<<getFileSize(m_sendFilePath.c_str())<<"\r\n";  
136.             break;  
137.         default:  
138.             break;  
139.     }  
140.       
141.     //seperator  
142.     responseStream<<"\r\n";  
143.       
144.     //send response header  
145.     std::string responseStr = responseStream.str();  
146.     std::cout<<responseStr<<std::endl;  
147.       
148.     send(connFd, responseStr.c_str(), responseStr.length(), 0);  
149.       
150.     //content  
151.       
152.     //if not head method  
153.     if (m_request->method.compare(TS_HTTP_METHOD_HEAD_S)!=0) {  
154.         if (!m_sendFilePath.empty()) {  
155.             std::ifstream file(m_sendFilePath);  
156.             file.seekg(m_request->fileStart, std::ifstream::beg);  
157.             while(file.tellg() != -1)  
158.             {  
159.                 char *p = new char[1024];  
160.                 bzero(p, 1024);  
161.                 file.read(p, 1024);  
162.                 int n = (int)send(connFd, p, 1024, 0);  
163.                 if (n < 0) {  
164.                     std::cout<<"ERROR writing to socket"<<std::endl;  
165.                     result = false;  
166.                     break;  
167.                 }  
168.                 delete p;  
169.             }  
170.             file.close();  
171.         }else {  
172.             send(connFd, m_sendStr.c_str(), m_sendStr.length(), 0);  
173.         }  
174.     }  
175.       
176.     return result;  
177. }  

该代码支持断点续传、last modified和authorization字段。具体的逻辑不作详细说明，有疑问的可以留言。

该Http服务器的代码已经上传到GitHub上，大家可以直接下载。

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