如何搭建 Web 服務器（一）
一天，有一個正在散步的婦人恰好路過一個建筑工地，看到三個正在工作的工人。她問***個人：“你在做什么?”***個人沒好氣地喊道：“你沒看到我在砌磚嗎?”婦人對這個答案不滿意，于是問第二個人：“你在做什么?”第二個人回答說：“我在建一堵磚墻。”說完，他轉向***個人，跟他說：“嗨，你把墻砌過頭了。去把剛剛那塊磚弄下來!”然而，婦人對這個答案依然不滿意，于是又問了第三個人相同的問題。第三個人仰頭看著天，對她說：“我在建造世界上***的教堂。”當他回答時，***個人和第二個人在為剛剛砌錯的磚而爭吵。他轉向那兩個人，說：“不用管那塊磚了。這堵墻在室內，它會被水泥填平，沒人會看見它的。去砌下一層吧。”
這個故事告訴我們：如果你能夠理解整個系統(tǒng)的構造，了解系統(tǒng)的各個部件如何相互結合(如磚、墻還有整個教堂)，你就能夠更快地定位及修復問題(那塊砌錯的磚)。
如果你想從頭開始創(chuàng)造一個 Web 服務器，那么你需要做些什么呢?
我相信，如果你想成為一個更好的開發(fā)者，你必須對日常使用的軟件系統(tǒng)的內部結構有更深的理解，包括編程語言、編譯器與解釋器、數據庫及操作系統(tǒng)、Web 服務器及 Web 框架。而且，為了更好更深入地理解這些系統(tǒng)，你必須從頭開始，用一磚一瓦來重新構建這個系統(tǒng)。
荀子曾經用這幾句話來表達這種思想：
“不聞不若聞之。（I hear and I forget.）”
“聞之不若見之。（I see and I remember.）”
“知之不若行之。（I do and I understand.）”
我希望你現(xiàn)在能夠意識到，重新建造一個軟件系統(tǒng)來了解它的工作方式是一個好主意。
在這個由三篇文章組成的系列中，我將會教你構建你自己的 Web 服務器。我們開始吧~
先說首要問題：Web 服務器是什么?
簡而言之，它是一個運行在一個物理服務器上的網絡服務器(啊呀，服務器套服務器)，等待客戶端向其發(fā)送請求。當它接收請求后，會生成一個響應，并回送至客戶端?？蛻舳撕头斩酥g通過 HTTP 協(xié)議來實現(xiàn)相互交流?？蛻舳丝梢允悄愕臑g覽器，也可以是使用 HTTP 協(xié)議的其它任何軟件。
最簡單的 Web 服務器實現(xiàn)應該是什么樣的呢?這里我給出我的實現(xiàn)。這個例子由 Python 寫成，即使你沒聽說過 Python(它是一門超級容易上手的語言，快去試試看!)，你也應該能夠從代碼及注釋中理解其中的理念：
- import socket
- HOST, PORT = '', 8888
- listen_socket = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
- listen_socket.setsockopt(socket.SOL_SOCKET, socket.SO_REUSEADDR, 1)
- listen_socket.bind((HOST, PORT))
- listen_socket.listen(1)
- print 'Serving HTTP on port %s ...' % PORT
- while True:
- client_connection, client_address = listen_socket.accept()
- request = client_connection.recv(1024)
- print request
- http_response = """\
- HTTP/1.1 200 OK
- Hello, World!
- """
- client_connection.sendall(http_response)
- client_connection.close()
將以上代碼保存為 webserver1.py，或者直接從 GitHub 上下載這個文件。然后，在命令行中運行這個程序。像這樣：
- $ python webserver1.py
- Serving HTTP on port 8888 …
現(xiàn)在，在你的網頁瀏覽器的地址欄中輸入 URL：http://localhost:8888/hello ，敲一下回車，然后來見證奇跡。你應該看到“Hello, World!”顯示在你的瀏覽器中，就像下圖那樣：
說真的，快去試一試。你做實驗的時候，我會等著你的。
完成了?不錯!現(xiàn)在我們來討論一下它實際上是怎么工作的。
首先我們從你剛剛輸入的 Web 地址開始。它叫 URL，這是它的基本結構：
URL 是一個 Web 服務器的地址，瀏覽器用這個地址來尋找并連接 Web 服務器，并將上面的內容返回給你。在你的瀏覽器能夠發(fā)送 HTTP 請求之前，它需要與 Web 服務器建立一個 TCP 連接。然后會在 TCP 連接中發(fā)送 HTTP 請求，并等待服務器返回 HTTP 響應。當你的瀏覽器收到響應后，就會顯示其內容，在上面的例子中，它顯示了“Hello, World!”。
我們來進一步探索在發(fā)送 HTTP 請求之前，客戶端與服務器建立 TCP 連接的過程。為了建立鏈接，它們使用了所謂“套接字socket”。我們現(xiàn)在不直接使用瀏覽器發(fā)送請求，而在命令行中使用 telnet 來人工模擬這個過程。
在你運行 Web 服務器的電腦上，在命令行中建立一個 telnet 會話，指定一個本地域名，使用端口 8888，然后按下回車：
- $ telnet localhost 8888
- Trying 127.0.0.1 …
- Connected to localhost.
這個時候，你已經與運行在你本地主機的服務器建立了一個 TCP 連接。在下圖中，你可以看到一個服務器從頭開始，到能夠建立 TCP 連接的基本過程。
在同一個 telnet 會話中，輸入 GET /hello HTTP/1.1，然后輸入回車：
- $ telnet localhost 8888
- Trying 127.0.0.1 …
- Connected to localhost.
- GET /hello HTTP/1.1
- HTTP/1.1 200 OK
- Hello, World!
你剛剛手動模擬了你的瀏覽器(的工作)!你發(fā)送了 HTTP 請求，并且收到了一個 HTTP 應答。下面是一個 HTTP 請求的基本結構：
HTTP 請求的***行由三部分組成：HTTP 方法(GET，因為我們想讓我們的服務器返回一些內容)，以及標明所需頁面的路徑/hello，還有協(xié)議版本。
為了簡單一些，我們剛剛構建的 Web 服務器完全忽略了上面的請求內容。你也可以試著輸入一些無用內容而不是“GET /hello HTTP/1.1”，但你仍然會收到一個“Hello, World!”響應。
一旦你輸入了請求行并敲了回車，客戶端就會將請求發(fā)送至服務器;服務器讀取請求行，就會返回相應的 HTTP 響應。
下面是服務器返回客戶端(在上面的例子里是 telnet)的響應內容：
我們來解析它。這個響應由三部分組成：一個狀態(tài)行 HTTP/1.1 200 OK，后面跟著一個空行，再下面是響應正文。
HTTP 響應的狀態(tài)行 HTTP/1.1 200 OK 包含了 HTTP 版本號，HTTP 狀態(tài)碼以及 HTTP 狀態(tài)短語“OK”。當瀏覽器收到響應后，它會將響應正文顯示出來，這也就是為什么你會在瀏覽器中看到“Hello, World!”。
以上就是 Web 服務器的基本工作模型?？偨Y一下：Web 服務器創(chuàng)建一個處于監(jiān)聽狀態(tài)的套接字，循環(huán)接收新的連接?？蛻舳私?TCP 連接成功后，會向服務器發(fā)送 HTTP 請求，然后服務器會以一個 HTTP 響應做應答，客戶端會將 HTTP 的響應內容顯示給用戶。為了建立 TCP 連接，客戶端和服務端均會使用套接字。
現(xiàn)在，你應該了解了 Web 服務器的基本工作方式，你可以使用瀏覽器或其它 HTTP 客戶端進行試驗。如果你嘗試過、觀察過，你應該也能夠使用 telnet，人工編寫 HTTP 請求，成為一個“人形” HTTP 客戶端。
現(xiàn)在留一個小問題：“你要如何在不對程序做任何改動的情況下，在你剛剛搭建起來的 Web 服務器上適配 Django, Flask 或 Pyramid 應用呢?”
我會在本系列的第二部分中來詳細講解。敬請期待。
順便，我在撰寫一本名為《搭個 Web 服務器：從頭開始》的書。這本書講解了如何從頭開始編寫一個基本的 Web 服務器，里面包含本文中沒有的更多細節(jié)。訂閱郵件列表，你就可以獲取到這本書的***進展，以及發(fā)布日期。
