自己动手模拟开发一个简单的Web服务器_简易 web 服务器 开发一个简易的 web 服务器,它仅能处理一个请求。这个请求可以是

开篇：每当我们将开发好的ASP.NET网站部署到IIS服务器中，在浏览器正常浏览页面时，可曾想过Web服务器是怎么工作的，其原理是什么？“纸上得来终觉浅，绝知此事要躬行”，于是我们自己模拟一个简单的Web服务器来体会一下。

一、请求-处理-响应模型

1.1 基本过程介绍

每一个HTTP请求都会经历三个步凑： 请求-处理-响应 ：每当我们在浏览器中输入一个URL时都会被封装为一个HTTP请求报文发送到Web服务器，而Web服务器则接收并解析HTTP请求报文，然后针对请求进行处理（返回指定的HTML页面、CSS样式表、JS脚本文件亦或是加载动态页面生成HTML并返回）。最后将要返回的内容转为输出流并封装为HTTP响应报文发送回浏览器。

当然，浏览器接收到响应报文后会加载HTML、CSS与JS并显示在页面中，最后成为我们看到的最终效果。

1.2 通信过程介绍

Web服务器本质上来说就是一个 Socket服务端 ，在不停地接受着客户端的请求，然后针对每一个客户端的请求进行处理，处理完毕就 即时关闭 连接。而我们的浏览器则是一个 Socket客户端 ，通过 TCP协议 向服务端发送 HTTP请求报文 。

About：Socket非常类似于电话插座，以一个电话网为例：电话的通话双方相当于相互通信的2个程序，电话号码就是IP地址。任何用户在通话之前，首先要占有一部电话机，相当于申请一个Socket；同时要知道对方的号码，相当于对方有一个固定的Socket。然后向对方拨号呼叫，相当于发出连接请求。对方假如在场并空闲，拿起电话话筒，双方就可以正式通话，相当于连接成功。双方通话的过程，是一方向电话机发出信号和对方从电话机接收信号的过程，相当于向Socket发送数据和从Socket接收数据。通话结束后，一方挂起电话机相当于关闭socket，撤消连接。

1.3 HTTP协议基础

Internet的基本协议是 TCP/IP协议 （传输控制协议和网际协议），目前广泛使用的 FTP、HTTP（超文本传输协议）、Archie Gopher都是建立在TCP/IP上面的应用层协议，不同的协议对应不同的应用。而 HTTP协议是Web应用所使用的主要协议 。

HTTP协议是 基于请求响应模式 的。客户端向服务器发送一个请求，请求头包含请求的方法、 URI、协议版本、以及包含请求修饰符、客户端信息和内容的类似MIME的消息结果。服务器则以一个状态行作为响应，相应的内容包括消息协议的版本、成功或者错误编码加上包含服务器信息、实体元信息以及可能的实体内容。

HTTP是 无状态协议 ，依赖于瞬间或者近乎瞬间的请求处理。请求信息被立即发送，理想的情况是 没有延时的进行处理，不过，延时还是客观存在的。HTTP有一种内置的机制，在消息的传递时间上由一定的灵活性：超时机制。一个超时就是客户机等待请求 消息的返回信息的最长时间。

（1）HTTP请求报文示例

（2）HTTP响应报文示例

TIP：关于HTTP协议的详细介绍，可以浏览一下小坦克大神的这篇：HTTP协议详解

二、关键设计思路

2.1 要实现的功能

（1）处理用户的静态文件请求：主要是指html/css/js文件的请求；

（2）处理用户的动态文件请求：这里只处理ASP.NET请求，即ashx与aspx文件的请求；

2.2 要封装的类

（1）HttpRequest、HttpResponse与HttpContext类

根据我们对ASP.NET请求处理机制的分析，我们知道在HttpRuntime的ProcessRequest方法中构造了一个 HttpContext 对象。在 HttpContext 的构造函数中，根据 HttpWorkerRequest 对象创建了 HttpContext 对象，这是一个重要的Http上下文对象，两个重要类型的字段也随之被初始化： HttpRequest 对象和 HttpResponse 对象。因此，我们在设计时也可以设计一个 HttpContext 类将 HttpRequest 和 HttpResponse 两个实例进行封装。

TIP：有关ASP.NET请求处理机制的分析，可以浏览我的另外一篇文章： ASP.NET请求处理机制探索之二-核心

（2）IHttpHandler接口与实现IHttpHandler接口的HttpApplication类

针对每个Http请求都有一个抽象的HttpApplication对象来进行处理，而为了考虑扩展性（可以是ashx，也可以是aspx），封装了一个IHttpHandler接口，让不同的处理对象实现这个接口即可。IHttpHandler接口很简单，就声明了一个ProcessRequest方法，每个实现的类只需要实现这个方法即可。

2.3 总体设计流程

三、关键代码实现

3.1 开启Socket服务监听浏览器端的HTTP请求

private void btnStart_Click(object sender, EventArgs e)
		{
			// 创建Socket->绑定IP与端口->设置监听队列的长度->开启监听连接
			socketWatch = new Socket(AddressFamily.InterNetwork, SocketType.Stream, ProtocolType.Tcp);
			socketWatch.Bind(new IPEndPoint(IPAddress.Parse(txtIPAddress.Text), int.Parse(txtPort.Text)));
			socketWatch.Listen(10);
			// 创建Thread->后台执行
			threadWatch = new Thread(ListenClientConnect);
			threadWatch.IsBackground = true;
			threadWatch.Start(socketWatch);
			isEndService = false;
			txtIPAddress.ReadOnly = true;
			txtPort.ReadOnly = true;
			btnStart.Enabled = false;
			ShowMessage("~_~消息:【您已成功启动Web服务！】");
		}
		private void ListenClientConnect(object obj)
		{
			Socket socketListen = obj as Socket;
			while (!isEndService)
			{
				Socket proxSocket = socketListen.Accept();
				byte[] data = new byte[1024 * 1024 * 2];
				int length = proxSocket.Receive(data, 0, data.Length, SocketFlags.None);
				// Step1:接收HTTP请求
				string requestText = Encoding.Default.GetString(data, 0, length);
				HttpContext context = new HttpContext(requestText);
				// Step2:处理HTTP请求
				HttpApplication application = new HttpApplication();
				application.ProcessRequest(context);
				ShowMessage(string.Format("{0} {1} from {2}", context.Request.HttpMethod, context.Request.Url, proxSocket.RemoteEndPoint.ToString()));
				// Step3:响应HTTP请求
				proxSocket.Send(context.Response.GetResponseHeader());
				proxSocket.Send(context.Response.Body);
				// Step4:即时关闭Socket连接
				proxSocket.Shutdown(SocketShutdown.Both);
				proxSocket.Close();
			}
		}

在监听线程中，通过HttpApplication类对象调用其ProcessRequest方法进行具体的处理。最重要的，处理完毕后立即通过Socket发送响应信息，并及时关闭Socket连接。

3.2 设计HttpConext类封装HttpRequest与HttpResponse

（1）HttpContext

public class HttpContext
	{
		public HttpRequest Request { get; set; }
		public HttpResponse Response { get; set; }
		public HttpContext(string requestText)
		{
			Request = new HttpRequest(requestText);
			Response = new HttpResponse();
		}
	}

（2）HttpRequest

public class HttpRequest
	{
		public HttpRequest(string requestText)
		{
			string[] lines = requestText.Replace("\r\n", "\r").Split('\r');
			string[] requestLines = lines[0].Split(' ');
			// 获取HTTP请求方式、请求的URL地址、HTTP协议版本
			HttpMethod = requestLines[0];
			Url = requestLines[1];
			HttpVersion = requestLines[2];
		}
		// 请求方式：GET or POST?
		public string HttpMethod { get; set; }
		// 请求URL
		public string Url { get; set; }
		// Http协议版本
		public string HttpVersion { get; set; }
		// 请求头
		public Dictionary<string, string> HeaderDictionary { get; set; }
		// 请求体
		public Dictionary<string, string> BodyDictionary { get; set; }
	}

（3）HttpResponse

public class HttpResponse
	{
		// 响应状态码
		public string StateCode { get; set; }
		// 响应状态描述
		public string StateDescription { get; set; }
		// 响应内容类型
		public string ContentType { get; set; }
		//响应报文的正文内容
		public byte[] Body { get; set; }
		// 生成响应头信息
		public byte[] GetResponseHeader()
		{
			string strRequestHeader = string.Format(@"HTTP/1.1 {0} {1}
Content-Type: {2}
Accept-Ranges: bytes
Server: Microsoft-IIS/7.5
X-Powered-By: ASP.NET
Date: {3} 
Content-Length: {4}
", StateCode, StateDescription, ContentType, string.Format("{0:R}", DateTime.Now), Body.Length);
			return Encoding.UTF8.GetBytes(strRequestHeader);
		}
	}

这里需要注意的是在HttpResponse类中，为了生成响应头信息，需要格式化一个固定格式的信息，并且在最后保留两个 CRLF（即换行符） 作为头部结束标志，可以看看下面的格式说明：

3.3 设计IHttpHandler接口

public interface IHttpHandler
    {
        void ProcessRequest(HttpContext context);
    }

仿照ASP.NET内部实现，我们也设计一个IHttpHandler接口，只定义了一个方法：ProcessRequest；

3.4 设计实现IHttpHandler接口的HttpApplication类

public class HttpApplication : IHttpHandler
	{
		// 对请求上下文进行处理
		public void ProcessRequest(HttpContext context)
		{
			// 1.获取网站根路径
			string bastPath = AppDomain.CurrentDomain.BaseDirectory;
			string fileName = Path.Combine(bastPath+"\\MyWebSite", context.Request.Url.TrimStart('/'));
			string fileExtension = Path.GetExtension(context.Request.Url);
			// 2.处理动态文件请求
			if(fileExtension.Equals(".aspx") || fileExtension.Equals(".ashx"))
			{
				string className = Path.GetFileNameWithoutExtension(context.Request.Url);
				IHttpHandler handler = Assembly.Load("MyWebServer").CreateInstance("MyWebServer.Page." + className) as IHttpHandler;
				handler.ProcessRequest(context);
				return;
			}
			// 3.处理静态文件请求
			if (!File.Exists(fileName))
			{
				context.Response.StateCode = "404";
				context.Response.StateDescription = "Not Found";
				context.Response.ContentType = "text/html";
				string notExistHtml = Path.Combine(bastPath, @"MyWebSite\notfound.html");
				context.Response.Body = File.ReadAllBytes(notExistHtml);
			}
			else
			{
				context.Response.StateCode = "200";
				context.Response.StateDescription = "OK";
				context.Response.ContentType = GetContenType(Path.GetExtension(context.Request.Url));
				context.Response.Body = File.ReadAllBytes(fileName);
			} 
		}
		// 根据文件扩展名获取内容类型
		public string GetContenType(string fileExtension)
		{
			string type = "text/html; charset=UTF-8";
			switch (fileExtension)
			{
				case ".aspx":
				case ".html":
				case ".htm":
					type = "text/html; charset=UTF-8";
					break;
				case ".png":
					type = "image/png";
					break;
				case ".gif":
					type = "image/gif";
					break;
				case ".jpg":
				case ".jpeg":
					type = "image/jpeg";
					break;
				case ".css":
					type = "text/css";
					break;
				case ".js":
					type = "application/x-javascript";
					break;
				default:
					type = "text/plain; charset=gbk";
					break;
			}
			return type;
		}
	}

这里，我们封装一个抽象的HttpApplication类，它实现了IHttpHandler接口，对一般的请求做一个通用的处理操作。如果是静态文件请求，则直接读取文件并生成响应流，如果是动态文件请求，则通过反射方式生成对应的Page对象实例，将HttpContext对象传入其ProcessRequest方法中进行处理，最后的响应内容都封装到了HttpConext中的HttpResponse对象的Body属性中。

3.5 设计实现IHttpHandler接口的模拟Page类

public class DemoPage : IHttpHandler
	{
		public void ProcessRequest(HttpContext context)
		{
			StringBuilder sbText = new StringBuilder();
			sbText.Append("<html>");
			sbText.Append("<head><meta http-equiv='Content-Type' content='text/html; charset=utf-8'/><title>DemoPage</title></head>");
			sbText.Append("<body style='margin:10px auto;text-align:center;'>");
			sbText.Append("<h1>用户信息列表</h1>");
			sbText.Append("<table align='center' cellpadding='1' cellspacing='1'><thead><tr><td>ID</td><td>用户名</td></tr></thead>");
			sbText.Append("<tbody>");
			sbText.Append(GetDataList());
			sbText.Append("</tbody></table>");
			sbText.Append(string.Format("<h3>更新时间：{0}</h3>", DateTime.Now.ToString()));
			sbText.Append("</body>");
			sbText.Append("</html>");
			context.Response.Body = Encoding.UTF8.GetBytes(sbText.ToString());
			context.Response.StateCode = "200";
			context.Response.ContentType = "text/html";
			context.Response.StateDescription = "OK";
		}
		private string GetDataList()
		{
			StringBuilder sbData = new StringBuilder();
			string strConn = System.Configuration.ConfigurationManager.ConnectionStrings["MyConn"].ToString();
			using (SqlConnection conn = new SqlConnection(strConn))
			{
				conn.Open();
				using (SqlCommand cmd = conn.CreateCommand())
				{
					cmd.CommandText = "SELECT * FROM UserInfo";
					using(SqlDataAdapter adapter = new SqlDataAdapter(cmd))
					{
						DataTable dt = new DataTable();
						adapter.Fill(dt);
						if(dt != null)
						{
							foreach (DataRow row in dt.Rows)
							{
								sbData.Append("<tr>");
								sbData.Append(string.Format("<td>{0}</td>",row["ID"].ToString()));
								sbData.Append(string.Format("<td>{0}</td>", row["UserName"].ToString()));
								sbData.Append("</tr>");
							}
						}
					}
				}
			}
			return sbData.ToString();
		}
	}

这里我们模拟一个Page页面类，它也实现了IHttpHandler接口，在ProcessRequest方法通过ADO.NET访问了数据库并读取数据作为输出内容。这里，我们主要是通过分析ASP.NET WebForm中的aspx对象，它虽然直接继承的类是Page类，但是Page类却是实现了IHttpHandler接口的。在具体的处理方法中，都是通过调用这个接口的ProcessRequest方法进行处理的。

四、个人开发小结

4.1 开发效果展示

（1）开启监听服务

（2）请求静态页面

（3）请求动态页面

4.2 开发实战总结

本次模拟的一个超级简单的Web服务器软件，实现了静态文件和动态文件（通过模拟aspx页面对象）的处理和响应。但是，还有很多的功能并未实现，因为一个真正的Web服务器需要考虑的东西很多很多，例如：多线程的处理优化、高效的IO模型等。不过，对于一个最基本的Web服务器所需要了解的最基本的原理：Socket的监听和连接、基于TCP协议的HTTP协议、动态文件类的反射与调用等，模拟开发本次的DEMO的过程是可以达到的。

附件下载

MyWebServer v1.0： http://pan.baidu.com/s/1mgtC1HA