如何搭建 Web 服務(wù)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(zhuǎn)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(zhuǎn)向那兩個人，說：“不用管那塊磚了。這堵墻在室內(nèi)，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(gòu)造，了解系統(tǒng)的各個部件如何相互結(jié)合(如磚、墻還有整個教堂)，你就能夠更快地定位及修復(fù)問題(那塊砌錯的磚)。
如果你想從頭開始創(chuàng)造一個 Web 服務(wù)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(nèi)部結(jié)構(gòu)有更深的理解，包括編程語言、編譯器與解釋器、數(shù)據(jù)庫及操作系統(tǒng)、Web 服務(wù)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(gòu)建這個系統(tǒng)。
荀子曾經(jīng)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(gòu)建你自己的 Web 服務(wù)器。我們開始吧~
先說首要問題：Web 服務(wù)器是什么?
簡而言之，它是一個運行在一個物理服務(wù)器上的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器(啊呀，服務(wù)器套服務(wù)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(yīng)，并回送至客戶端。客戶端和服務(wù)端之間通過 HTTP 協(xié)議來實現(xiàn)相互交流。客戶端可以是你的瀏覽器，也可以是使用 HTTP 協(xié)議的其它任何軟件。
最簡單的 Web 服務(wù)器實現(xiàn)應(yīng)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(yīng)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(wǎng)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(yīng)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(jié)構(gòu)：
URL 是一個 Web 服務(wù)器的地址，瀏覽器用這個地址來尋找并連接 Web 服務(wù)器，并將上面的內(nèi)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(wù)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(wù)器返回 HTTP 響應(yīng)。當你的瀏覽器收到響應(yīng)后，就會顯示其內(nèi)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(wù)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(wù)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(jīng)與運行在你本地主機的服務(wù)器建立了一個 TCP 連接。在下圖中，你可以看到一個服務(wù)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(yīng)答。下面是一個 HTTP 請求的基本結(jié)構(gòu)：
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(wù)器返回一些內(nèi)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(gòu)建的 Web 服務(wù)器完全忽略了上面的請求內(nèi)容。你也可以試著輸入一些無用內(nèi)容而不是“GET /hello HTTP/1.1”，但你仍然會收到一個“Hello, World!”響應(yīng)。
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(wù)器;服務(wù)器讀取請求行，就會返回相應(yīng)的 HTTP 響應(yīng)。
下面是服務(wù)器返回客戶端(在上面的例子里是 telnet)的響應(yīng)內(nèi)容：
我們來解析它。這個響應(yīng)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(yīng)正文。
HTTP 響應(yīng)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(yīng)后，它會將響應(yīng)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(wù)器的基本工作模型。總結(jié)一下：Web 服務(wù)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。客戶端建立 TCP 連接成功后，會向服務(wù)器發(fā)送 HTTP 請求，然后服務(wù)器會以一個 HTTP 響應(yīng)做應(yīng)答，客戶端會將 HTTP 的響應(yīng)內(nèi)容顯示給用戶。為了建立 TCP 連接，客戶端和服務(wù)端均會使用套接字。
現(xiàn)在，你應(yīng)該了解了 Web 服務(wù)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(yīng)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(wù)器上適配 Django, Flask 或 Pyramid 應(yīng)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(wù)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(wù)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。
