从零开始教大家用Python一步步构建Web应用程序及其Web服务器

今天教大家在Python中从零开始构建Web应用程序及其Web服务器，所有内容完全依赖Python标准库，并且忽略WSGI标准。

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Web服务器

第一步是编写能够为网络应用提供支持的HTTP服务器。

首先需要了解HTTP协议的工作方式。简单来说，HTTP客户端通过网络连接到HTTP服务器，并向服务器发送一串数据请求。然后服务器解释该请求并向客户端返回响应。

请求格式

请求由一系列 作为分隔的行组成，其中第一行称为“请求行”。请求行以一个HTTP方法开头，后跟一个空格，后跟被请求的文件路径，后跟一个空格，后跟HTTP协议版本，最后是一个回车符（ ）和一个换行符（ ）：

 

请求行来自若干个标题行之后。每个标题行以标题名称开头，后跟一个冒号，之后跟一个可选值，接着跟 ：

 

标题部分的结尾用空行表示：

 

最后，请求可能包含一个“主体”，即一个随请求发送到服务器的任意有效负载。

综合起来，就是一个简单的GET请求：

 

一个简单的POST请求和正文：

 

响应格式

以请求响应为例，它由一系列 作为分隔的行组成。响应中的第一行称为“状态行”，它以HTTP协议版本开头，后跟一个空格，后跟响应状态码，后跟另一个空格，接着是状态码原因，最后是 ：

 

状态行到达响应头，后跟空行，之后是可选的响应体：

 

简单的服务器

根据目前对协议的了解，我们需要编写一个服务器，不管输入的请求如何，都输出相同的响应。

首先，创建一个套接字，将它绑定到一个地址，然后开始监听连接。

 

如果现在尝试运行此代码，它将打印标准输出，在监听127.0.0.1:9000之后退出。为了实际处理传入连接，需要accept在套接字上调用该方法。这样做会阻止进程，直到客户端连接到我们的服务器。

 

一旦有了与客户端的套接字连接，我们就可以开始与它进行通信。使用sendall方法，发送连接客户端的示例响应：

 

如果现在运行代码，然后在常用的浏览器中访问http://127.0.0.1:9000，它应该呈现字符串“Hello！”。不过，服务器在发送响应后会退出，导致页面刷新失败。下图代码可以用于解决该问题：

 

文件的服务器

我们需要扩展HTTP服务器，方便它从磁盘提供文件。

请求抽象化

在此之前，我们需要读取和解析来自客户端的传入请求数据。由于请求数据是由许多行构成的，每个线段都有 字符分隔，所以需要编写一个生成器函数，该函数从套接字读取数据并生成每行代码：

 

它所做的是尽可能多的从bufsize块中读取数据，将数据连接在一个缓冲区（buff）中并不断将缓冲区分成单独的行，从而一次产生一个。一旦找到空行，它将返回它读取的额外数据。

使用iter_lines，就可以开始打印我们获得的请求：

 

如果现在运行服务器并访问http://127.0.0.1:9000，应该在控制台中看到以下内容：

 

接下来通过定义一个Request类来对这些数据进行抽象：

 

现在，只能了解方法、路径和请求标头。我们留下解析查询字符串参数，以供以后使用。

为了封装构建请求所需的逻辑，我们将添加一个类方法from_socket到Request中：

 

它使用iter_lines之前定义的函数来读取请求行。将得到method和path，然后读取和分析这些单独的标题行。最后，它构建Request对象并返回。如果将其插入到我们的服务器循环中，如下所示：

 

 

现在连接到服务器，如下所示：

 

 

因为from_socket在某些情况下可能会引发异常，所以如果现在给出不合法请求，服务器可能会崩溃。我们可以使用telnet连接到服务器并发送一些伪造数据来模拟这个操作：

 

果然，服务器崩溃了：

 

为了更好地处理这些问题，调用包装from_socket在try-except块，并在发送格式错误请求时，向客户端发送“400错误请求”：

 

如果现在试图破解它，客户端会收到响应，服务器将保持不变：

 

然后开始实现文件服务部分，首先让默认响应为404：

 

另外，添加一个“405 Method Not Allowed”回应。

 

定义一个SERVER_ROOT常量来表示服务器应该从哪里提供文件以及serve_file函数。

 

serve_file采用客户端套接字和文件路径。然后尝试将该路径解析为内部的真实文件SERVER_ROOT，如果文件解析为服务器根外部，则返回“未找到”响应。

然后使用os.fstat打开文件并找出其MIME类型和大小，再构造响应头并使用sendfile系统调用将文件写入套接字。如果无法在磁盘上找到该文件，则发送“找不到”响应。

如果加入serve_file混合，服务器循环状态如下：

 

如果在server.py文件目录中添加一个www/index.html文件并访问http：// localhost：9000，就可以看到该文件的内容。