教你使用Python实现一个简易版Web服务器

在本篇攻略中，我们将使用Python编写一个基于TCP协议的简易版Web服务器，以便更好地理解网络编程和Web服务器工作原理。

什么是Web服务器？

Web服务器是一种软件，它接收来自互联网的HTTP请求，并将HTTP响应发送回给请求者。Web服务器通常托管网站、应用程序或API，并与浏览器等客户端设备进行通信。通常，Web服务器使用TCP/IP协议或HTTPS（加密）协议与浏览器进行交互。

如何实现Web服务器？

以下是我们将要实现的Web服务器的简单工作原理：

Web服务器将监听来自客户端的HTTP请求
一旦Web服务器收到HTTP请求，它将带着请求的信息和数据进行处理，生成HTML页面等响应内容，并对该响应进行格式化
Web服务器将HTML响应作为HTTP响应的一部分发送回给浏览器，浏览器将解析这个响应，并显示出Web页面

根据上述技术规范要求，我们将实现以下流程：

创建基于TCP网络协议的服务器
接收来自客户端的HTTP/1.1请求
解析HTTP请求，从中获取请求路径、请求头和请求体数据
根据请求路径生成文件读取相关HTML页面等数据，将其发送回浏览器

在Python中，我们可以利用标准库中的socket、http.server等模块来实现这些步骤。

以下是一个简单的示例代码，演示了如何创建一个简单的TCP服务器和HTTP GET请求的处理：

import socket
import threading


def handle_client_request(client_socket):
    # 从客户端接收HTTP请求
    request_data = client_socket.recv(1024)
    # 讲明示返序列化为字符串类型，方便接下来进行处理
    request_string = request_data.decode()
    # 从请求字符串中获取请求路径
    request_line = request_string.splitlines()[0]    
    request_line_parts = request_line.split()
    file_path = request_line_parts[1]
    # 读取静态文件，并返回给客户端浏览器
    try:
        with open(file_path[1:], 'rb') as f:
            content = f.read()
            response_proto = 'HTTP/1.1'
            response_status = '200'
            response_status_text = 'OK'
    except FileNotFoundError:
        content = b'<html><body><h1>404 Not Found</h1></body></html>'
        response_proto = 'HTTP/1.1'
        response_status = '404'
        response_status_text = 'Not Found'
    # 构造响应头和响应数据
    headers = {
        'Content-Type': 'text/html; encoding=utf8',
        'Content-Length': len(content),
        'Connection': 'close',
    }
    headers_raw = ''.join('{}: {}\r\n'.format(k, v) for k, v in headers.items())
    response_string = '{} {} {}\r\n{}\r\n{}'.format(response_proto, response_status, response_status_text, headers_raw, content.decode('utf8'))
    # 将响应字符串发送给客户端浏览器
    client_socket.sendall(response_string.encode())
    # 关闭客户端 Socket 连接
    client_socket.close()


def main():
    # 创建 server socket 对象
    server_sock = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
    # 绑定服务器 IP 地址和监听端口，0.0.0.0 表示接受来自任何IP的请求
    server_sock.bind(('0.0.0.0', 8888))
    # 服务器开始监听，等待客户端请求，最多处理 5 个请求并发
    server_sock.listen(5)
    while True:
        # 等待一个新的客户端请求，接收到后启动一个新的线程进行处理
        client_sock, client_addr = server_sock.accept()
        threading.Thread(target=handle_client_request, args=(client_sock,)).start()


if __name__ == '__main__':
    main()

在上面的示例代码中，我们从Socket中接收HTTP请求，并将文件读取为字符串格式，然后将HTTP响应发送回客户端浏览器。我们还将大多数关键细节封装在单独的函数中，例如解析HTTP请求和构造响应头等。

示例一：实现用户通过HTTP GET方式获取静态文件

在示例一中，我们将实现使用HTTP GET请求从Web服务器获取静态HTML文件的功能。例如，我们可以在Web服务器上托管文件夹中的index.html文件，并使用浏览器访问Web服务器的主机IP和端口即可在浏览器中查看此文件。

import socket
import threading


def handle_client_request(client_socket):
    # 从客户端接收HTTP请求
    request_data = client_socket.recv(1024)
    request_string = request_data.decode()
    # 从请求字符串中获取请求路径
    request_line = request_string.splitlines()[0]    
    request_line_parts = request_line.split()
    file_path = request_line_parts[1]
    # 读取静态文件，并返回给客户端浏览器
    try:
        with open(file_path[1:], 'rb') as f:
            content = f.read()
            response_proto = 'HTTP/1.1'
            response_status = '200'
            response_status_text = 'OK'
    except FileNotFoundError:
        content = b'<html><body><h1>404 Not Found</h1></body></html>'
        response_proto = 'HTTP/1.1'
        response_status = '404'
        response_status_text = 'Not Found'
    # 构造响应头和响应数据
    headers = {
        'Content-Type': 'text/html; encoding=utf8',
        'Content-Length': len(content),
        'Connection': 'close',
    }
    headers_raw = ''.join('{}: {}\r\n'.format(k, v) for k, v in headers.items())
    response_string = '{} {} {}\r\n{}\r\n{}'.format(response_proto, response_status, response_status_text, headers_raw, content.decode('utf8'))
    # 将响应字符串发送给客户端浏览器
    client_socket.sendall(response_string.encode())
    # 关闭客户端 Socket 连接
    client_socket.close()


def main():
    # 创建 server socket 对象
    server_sock = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
    # 绑定服务器 IP 地址和监听端口，0.0.0.0 表示接受来自任何IP的请求
    server_sock.bind(('0.0.0.0', 8888))
    # 服务器开始监听，等待客户端请求，最多处理 5 个请求并发
    server_sock.listen(5)
    while True:
        # 等待一个新的客户端请求，接收到后启动一个新的线程进行处理
        client_sock, client_addr = server_sock.accept()
        threading.Thread(target=handle_client_request, args=(client_sock,)).start()


if __name__ == '__main__':
    main()

以这种方式运行Web服务器时，每个客户端程序将使用单独的线程来处理其请求，即使两个不同客户端同时请求相同的文件，处理每个请求的线程仍将是不同线程。

示例二：返回动态生成的HTML响应

在示例二中，我们将自己生成HTML响应内容，并返回给客户端浏览器。我们将在函数handle_client_request()中生成HTML响应，而不是读取静态文件。

import socket
import threading
import time


def handle_client_request(client_socket):
    html = """
    <!DOCTYPE html>
        <html>
            <head>
                <meta charset='utf-8'>
                <title>时间服务器</title>
            </head>
            <body>
                <h1>服务器时间：{}</h1>
            </body>
        </html>
    """
    current_time = time.strftime('%Y-%m-%d %H:%M:%S', time.localtime(time.time()))
    # 构造响应头和响应数据
    response_proto = 'HTTP/1.1'
    response_status = '200'
    response_status_text = 'OK'
    content = html.format(current_time)
    headers = {
        'Content-Type': 'text/html; encoding=utf8',
        'Content-Length': len(content),
        'Connection': 'close',
    }
    headers_raw = ''.join('{}: {}\r\n'.format(k, v) for k, v in headers.items())
    response_string = '{} {} {}\r\n{}\r\n{}'.format(response_proto, response_status, response_status_text, headers_raw, content)
    # 将响应字符串发送给客户端浏览器
    client_socket.sendall(response_string.encode())
    # 关闭客户端 Socket 连接
    client_socket.close()


def main():
    # 创建 server socket 对象
    server_sock = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
    # 绑定服务器 IP 地址和监听端口，0.0.0.0 表示接受来自任何IP的请求
    server_sock.bind(('0.0.0.0', 8888))
    # 服务器开始监听，等待客户端请求，最多处理 5 个请求并发
    server_sock.listen(5)
    while True:
        # 等待一个新的客户端请求，接收到后启动一个新的线程进行处理
        client_sock, client_addr = server_sock.accept()
        threading.Thread(target=handle_client_request, args=(client_sock,)).start()


if __name__ == '__main__':
    main()

在示例二中，我们通过使用time库获取当前时间戳，并将其作为响应的一部分包含在HTML代码中。客户端浏览器将在解析响应后显示此响应。

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什么是Web服务器？

如何实现Web服务器？

示例一：实现用户通过HTTP GET方式获取静态文件

示例二：返回动态生成的HTML响应

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