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构建一个web服务器

最近几天我根据一些参考书和网上的开源程序写了一个简单的HTTP服务器 链接，这个HTTP服务器尽量用简单的代码完成一个服务器基本的功能，比如分析请求行，分析请求头，并且根据不同的请求方法给出响应。网上的开源程序很多，但是有的定义了很多自定义的结构体，有的作为c语言结构的程序，参数要在各个文件中互相传递，有的实现很复杂，增加很多功能。我实现一个简单的服务器，不追求支持太多的功能，但是希望用OOP的思想把尽量多的参数封装在类里，调用成员来完成功能，同时也运用了一些c++11的功能，让整个程序可读性更高，而且易使用。整个程序借鉴了很多其他人程序中的思想，但是我也对他们进行了修改，满足需求。

一个基本的WEB服务器

作为一个基本的WEB服务器，它需要接收客户端的数据，并且解析客户端数据是否符合要求，如果符合要求是否能给出客户端需要的数据，如果不能应该如何告之客户端。并且用尽量少的开销完成。另一个需要注意的是，服务器一定面向多个客户端，可以接受多个客户端同时访问，给出每个客户端需要的内容。一个基本的HTTP请求如下

一个HTTP的响应如下

不考虑多个客户端同时向服务器请求，我们从客户端接收到的数据，第一个要做的是解析请求头，找到方法,uri,并且确认协议号。协议号之后就是请求头，请求头以空行结束，也就是我们只要找到这个空行就可以完成请求头的解析，并且继续解析请求体。但是很可能客户端一次不能发送完全部的数据，我们需要先解析一部分，有新的数据我们再解析后面的内容。这就可以用有限状态机解决，参考《Linux 高性能服务器编程》，我们有一个主状态机来记录解析的请求头还是请求行，从状态机记录是否得到完整的一行。如此，我们每次收到数据，如果得到完整的一行，把内容交给解析函数，如果还没有得到完整的一行，那么继续等待下次客户端的数据。
我们把每个客户端的所有信息封装到一个对象，这里面记录了这个客户端的所有信息，比如有限状态机的状态，请求的文件地址，请求头的内容等。
在这个封装连接信息的类里，我使用一个map建立了请求头和处理函数的映射，也就是只要在map的key中能查询到请求头，就可以快速执行处理，而且方便扩展，如果支持更多请求头，只需要增加处理函数并且加到map里。

Reactor模式和Proactor模式

我们以上考虑的都是单个客户端对服务器访问，如果有多个客户端，我们考虑多线程模式，一个经典的设计方法是Reactor，在这个模式下，我们使用IO复用，比如epoll，把sockfd注册到事件表，主线程发现sockfd可读，那么主线程接收新的连接，把连接分配给读线程，读线程读出内容，并且处理业务，并发送要的数据给写线程，写线程发送。
另一种经典的设计方法是Proactor，在这种模式下，主线程接收新的连接，并且将连接注册到事件表，同时等待读完成，在这种模式下，我们不需要自己读数据，只需要等待读完成，实现了异步IO。子线程负责业务。
在toy HTTP server中，我们用Reactor模式，但是读和写交给主线程，即主线程负责，接受新连接，把新的连接放到事件表。并且读出数据，并且发送给客户端数据。对于子线程来说，他们不知道读写操作，只关注业务。
在实现线程池中，我使用了c++11的thread类，可以很方便的创建线程，另外可以将类的非静态成员函数作为线程的handler，但是要显式的传入this指针。

定时器

定时器使用最小堆，也就是把下一个要触发的定时器放在顶部，每次触发ALARM，我们检查顶部的定时器是否到时，如果到就执行相应的函数。定时器是我认为不够完善的一个部分。如之前所说，每个连接都封装成一个类，类中拥有一个function类型成员timer_handler，指定这个连接的定时器的回调函数。这个成员可以通过bind函数绑定任意一个类成员函数。如果建立一个timer，我们就把这个连接的地址传入timer，定时以后，执行这个连接里的timer_handler绑定的函数，但是如果一个连接有多个定时器并且需要绑定不同的函数就不行，因为对于同一个实例timer_handler必须只能绑定的函数。同时，定时器类需要传入一个结构体，这个结构体包含了定时时间，连接对象指针一些信息，也就是说我们在连接的实例里，如果要建立一个定时器，需要建立一个定时器的结构体，同时把自己的指针传入，然后把这个结构体的指针传入到定时器的类。有两个问题，一个是如果连接的实例被释放（一般情况下不会）定时器绑定的结构体也会被释放，造成指针指向了一个释放的地址。第二个问题是，在连接实例里建立了定时器结构体，定时器类会调用定时器结构体绑定的实例的成员，这样循环绑定，感觉会造成很多不稳定的可能。参考其他程序的定时器，发现定时器类在完成定时后，会释放定时器结构体的内存，我修改为定时器结构体的内存由连接的实例释放，因为这个结构体是由连接的实例申请内存建立。

其他困难

在完成程序后，我使用webbench进行压力测试，但是发现不管多少客户端，全部访问都会失败，让我感觉很怪，使用HTTP调试发送都可以得到正确响应，但是放到webbench就出问题。我只能先理解以下webbench的程序，发现webench使用多进程来建立多个客户端，每个进程在规定时间内不停的访问服务器，并且看能不能得到响应，如果得到响应就进行下一次访问。我觉得问题不出在多客户端上，把客户端调整为1也会出问题。首先我把webbench所有关于多进程的代码删除，留下单进程观察，还是出现同样的问题，关键问题在，webbench不断读服务器发送的数据，直到读出长度为0代表成功，或者长度-1表示失败，然后关闭连接进行下一次连接。使用我的程序，webbench每次建立连接，第一次都能读数据，但是第二次就会失败。最后错误原因是在写程序时，使用setsockopt的SO_LINGER, 每次关闭socket，服务器会发送一个复位报文，马上关闭连接，这样不需要进行tcp断开连接的过程，也就是异常关闭，节省了断开连接的数据，新的连接可以使用这个资源，这样的异常关闭会让客户端认为错误，带来每次访问都失败，之后不使用setsockopt，恢复正常。

需要改进的地方

用更稳定的方法构建timer。
支持更多方法。
处理请求体。
支持更高的访问量。

reference

[1] 《Linux高性能服务器编程》
[2] 《图解HTTP》
[3] http://zyearn.com/blog/2015/05/16/how-to-write-a-server/
[4] https://blog.csdn.net/superbfly/article/details/72782264?utm_medium=distribute.pc_relevant.none-task-blog-2~default~BlogCommendFromMachineLearnPai2~default-1.baidujs&dist_request_id=1332048.21087.16195157602338031&depth_1-utm_source=distribute.pc_relevant.none-task-blog-2~default~BlogCommendFromMachineLearnPai2~default-1.baidujs