【Linux】39.一個基礎的HTTP Web服務器

文章目錄

1. 實現一個基礎的HTTP Web服務器
- 1.1 功能實現：
- 1.2 Log.hpp-日志記錄器
- 1.3 HttpServer.hpp-網頁服務器
- 1.4 Socket.hpp-網絡通信器
- 1.5 HttpServer.cc-服務器啟動器

1. 實現一個基礎的HTTP Web服務器

1.1 功能實現：

總體功能：

提供Web服務，響應客戶端（瀏覽器）的HTTP請求

支持靜態文件服務（如HTML、圖片等）

多線程處理并發請求

帶日志記錄功能

具體工作流程：

瀏覽器 → 發送HTTP請求 → 服務器↓解析請求↓查找文件↓返回響應↓
瀏覽器 ← 顯示頁面 ← 服務器

各模塊職責：

日志記錄器(Log.hpp)

記錄服務器運行狀態
錯誤追蹤和調試

網頁服務器(HttpServer.hpp)

解析HTTP請求
處理靜態文件
生成HTTP響應
多線程處理請求

網絡通信器(Socket.hpp)

處理底層網絡通信
管理TCP連接

服務器啟動器(HttpServer.cc)

程序入口
初始化和啟動服務

1.2 Log.hpp-日志記錄器

Log.hpp

#pragma once  // 防止頭文件重復包含// 系統頭文件包含
#include <iostream>     // 標準輸入輸出
#include <time.h>       // 時間相關函數
#include <stdarg.h>     // 可變參數處理
#include <sys/types.h>  // 基本系統數據類型
#include <sys/stat.h>   // 文件狀態
#include <fcntl.h>      // 文件控制選項
#include <unistd.h>     // UNIX標準函數
#include <stdlib.h>     // 標準庫函數// 基礎配置宏定義
#define SIZE 1024      // 緩沖區大小
#define LogFile "log.txt"  // 默認日志文件名// 日志級別定義（按嚴重程度遞增）
#define Info 0      // 普通信息：記錄系統正常操作信息
#define Debug 1     // 調試信息：記錄調試相關信息
#define Warning 2   // 警告信息：記錄潛在問題
#define Error 3     // 錯誤信息：記錄錯誤但不影響系統運行
#define Fatal 4     // 致命錯誤：記錄導致系統崩潰的錯誤// 日志輸出方式定義
#define Screen 1     // 輸出到屏幕：直接顯示在終端
#define Onefile 2    // 輸出到單個文件：所有日志記錄到同一個文件
#define Classfile 3  // 分類輸出：根據日志級別輸出到不同文件class Log {
private:int printMethod;      // 日志輸出方式std::string path;     // 日志文件存儲路徑public:// 構造函數：初始化日志系統Log() {printMethod = Screen;  // 默認輸出到屏幕path = "./log/";       // 默認日志目錄}// 設置日志輸出方式void Enable(int method) {printMethod = method;}// 將日志級別轉換為對應的字符串std::string levelToString(int level) {switch (level) {case Info:    return "Info";case Debug:   return "Debug";case Warning: return "Warning";case Error:   return "Error";case Fatal:   return "Fatal";default:      return "None";}}// 根據設置的輸出方式打印日志void printLog(int level, const std::string &logtxt) {switch (printMethod) {case Screen:    // 輸出到屏幕std::cout << logtxt << std::endl;break;case Onefile:   // 輸出到單個文件printOneFile(LogFile, logtxt);break;case Classfile: // 根據日志級別輸出到不同文件printClassFile(level, logtxt);break;}}// 將日志輸出到指定文件void printOneFile(const std::string &logname, const std::string &logtxt) {std::string _logname = path + logname;// 以追加方式打開文件，如果不存在則創建int fd = open(_logname.c_str(), O_WRONLY | O_CREAT | O_APPEND, 0666);if (fd < 0) return;  // 打開失敗則直接返回write(fd, logtxt.c_str(), logtxt.size());  // 寫入日志內容close(fd);  // 關閉文件描述符}// 根據日志級別將日志輸出到不同文件void printClassFile(int level, const std::string &logtxt) {std::string filename = LogFile;filename += ".";filename += levelToString(level);  // 構造文件名，如"log.txt.Debug"printOneFile(filename, logtxt);}// 重載函數調用運算符，實現日志記錄的核心功能void operator()(int level, const char *format, ...) {// 1. 獲取當前時間time_t t = time(nullptr);struct tm *ctime = localtime(&t);// 2. 格式化日志頭部（時間和級別信息）char leftbuffer[SIZE];snprintf(leftbuffer, sizeof(leftbuffer), "[%s][%d-%d-%d %d:%d:%d]", levelToString(level).c_str(),ctime->tm_year + 1900, ctime->tm_mon + 1, ctime->tm_mday,ctime->tm_hour, ctime->tm_min, ctime->tm_sec);// 3. 處理可變參數，格式化日志內容va_list s;va_start(s, format);char rightbuffer[SIZE];vsnprintf(rightbuffer, sizeof(rightbuffer), format, s);va_end(s);// 4. 組合完整的日志消息char logtxt[SIZE * 2];snprintf(logtxt, sizeof(logtxt), "%s %s", leftbuffer, rightbuffer);// 5. 輸出日志printLog(level, logtxt);}
};// 創建全局日志對象，方便在程序各處使用
Log lg;/* 示例用法：
int main() {lg.Enable(Screen);  // 設置輸出到屏幕lg(Info, "Server started on port %d", 8080);lg(Error, "Failed to connect to %s", "database");return 0;
}
*/

1.3 HttpServer.hpp-網頁服務器

HttpServer.hpp

功能：

HTTP請求處理
多線程服務
靜態文件響應
Cookie支持
錯誤頁面處理

#pragma once  // 防止頭文件重復包含// 基礎庫和系統庫引入
#include <iostream>     // 標準輸入輸出
#include <string>       // 字符串處理
#include <pthread.h>    // POSIX線程庫
#include <fstream>      // 文件流操作
#include <vector>       // 動態數組
#include <sstream>      // 字符串流
#include <sys/types.h>  // 基本系統數據類型
#include <sys/socket.h> // Socket通信
#include <unordered_map> // 哈希表// 自定義頭文件
#include "Socket.hpp"   // Socket封裝類
#include "Log.hpp"      // 日志系統// 全局常量定義
const std::string wwwroot="./wwwroot"; // web服務器根目錄
const std::string sep = "\r\n";        // HTTP消息分隔符
const std::string homepage = "index.html"; // 默認主頁static const int defaultport = 8082;    // 默認端口號class HttpServer;  // 前向聲明// 線程數據結構：存儲每個線程處理的連接信息
class ThreadData
{
public:ThreadData(int fd, HttpServer *s) : sockfd(fd), svr(s) {}public:int sockfd;         // 客戶端連接的socket描述符HttpServer *svr;    // HTTP服務器對象指針
};// HTTP請求解析類
class HttpRequest
{
public:// 反序列化HTTP請求void Deserialize(std::string req) {while(true){std::size_t pos = req.find(sep);if(pos == std::string::npos) break;std::string temp = req.substr(0, pos);if(temp.empty()) break;req_header.push_back(temp);    // 保存請求頭req.erase(0, pos+sep.size());  // 移除已處理部分}text = req;  // 保存請求體}// 解析HTTP請求，處理URL和文件路徑void Parse(){// 解析請求行（方法、URL、HTTP版本）std::stringstream ss(req_header[0]);ss >> method >> url >> http_version;// 構建文件路徑file_path = wwwroot;  if(url == "/" || url == "/index.html") {file_path += "/";file_path += homepage;  // 處理默認主頁}else file_path += url;     // 其他頁面// 獲取文件后綴auto pos = file_path.rfind(".");if(pos == std::string::npos) suffix = ".html";else suffix = file_path.substr(pos);}// 調試打印函數void DebugPrint(){// 輸出請求信息用于調試for(auto &line : req_header){std::cout << "--------------------------------" << std::endl;std::cout << line << "\n\n";}std::cout << "method: " << method << std::endl;std::cout << "url: " << url << std::endl;std::cout << "http_version: " << http_version << std::endl;std::cout << "file_path: " << file_path << std::endl;std::cout << text << std::endl;}public:std::vector<std::string> req_header;  // 請求頭部std::string text;                     // 請求正文// 解析后的請求信息std::string method;       // 請求方法（GET、POST等）std::string url;         // 請求URLstd::string http_version; // HTTP協議版本std::string file_path;   // 請求文件路徑std::string suffix;      // 文件后綴
};// HTTP服務器類
class HttpServer
{
public:// 構造函數：初始化端口和支持的內容類型HttpServer(uint16_t port = defaultport) : port_(port){content_type.insert({".html", "text/html"});content_type.insert({".png", "image/png"});}// 啟動服務器bool Start(){// 初始化Socket// 1. 創建Socketlistensock_.Socket();/* 這一步完成以下操作：a) 調用系統函數 socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0) 創建TCP Socket- AF_INET: 使用IPv4協議族- SOCK_STREAM: 使用TCP協議- 0: 使用默認協議b) 設置Socket選項- SO_REUSEADDR: 允許地址重用，避免服務器重啟時的"地址已被使用"錯誤*/// 2. 綁定端口listensock_.Bind(port_);/* 這一步完成以下操作：a) 創建sockaddr_in結構體，設置：- sin_family = AF_INET (IPv4)- sin_port = htons(port_) (設置端口號，轉換為網絡字節序)- sin_addr.s_addr = INADDR_ANY (監聽所有網卡接口)b) 調用bind()函數將Socket與地址綁定- 如果端口已被占用或權限不足，會失敗*/// 3. 開始監聽listensock_.Listen();/* 這一步完成以下操作：a) 調用listen()函數，將Socket轉換為監聽狀態- backlog參數設置為10，表示等待連接隊列的最大長度- 超過此長度的新連接請求會被拒絕b) 此后Socket就能接受客戶端連接請求- 服務器調用Accept()接受新的連接*/// 主循環：接受并處理連接for (;;){// 準備變量存儲客戶端信息std::string clientip;    // 將存儲客戶端的IP地址uint16_t clientport;     // 將存儲客戶端的端口號// 接受新的客戶端連接int sockfd = listensock_.Accept(&clientip, &clientport);/* Accept函數做了這些事：1. 等待客戶端連接2. 獲取客戶端的IP和端口3. 返回新的socket描述符用于與該客戶端通信*/// 連接失敗則繼續等待下一個連接if (sockfd < 0) continue;// 記錄新連接日志lg(Info, "get a new connect, sockfd: %d", sockfd);// 創建新線程處理請求// 1. 聲明線程ID變量pthread_t tid;    // 用于存儲新創建線程的ID// 2. 創建線程數據結構，傳入連接描述符和當前服務器對象ThreadData *td = new ThreadData(sockfd, this);/* ThreadData包含：- sockfd：與客戶端通信的socket描述符- this：當前服務器對象的指針，用于訪問服務器的方法*/// 3. 創建新線程處理請求pthread_create(&tid, nullptr, ThreadRun, td);/* 參數含義：- &tid：存儲新線程ID- nullptr：使用默認線程屬性- ThreadRun：線程將執行的函數- td：傳遞給線程函數的參數*/// 新線程會執行ThreadRun函數處理客戶端請求// 主線程繼續循環等待新的連接}}// 讀取HTML文件內容static std::string ReadHtmlContent(const std::string &htmlpath){// 1. 打開文件std::ifstream in(htmlpath, std::ios::binary);/* 說明：- binary模式打開確保文件按原樣讀取- 不會對換行符進行轉換*/// 文件打開失敗則返回空字符串if(!in.is_open()) return "";// 2. 獲取文件大小in.seekg(0, std::ios_base::end);   // 將讀指針移到文件末尾auto len = in.tellg();             // 獲取當前位置（即文件大小）in.seekg(0, std::ios_base::beg);   // 將讀指針移回文件開頭// 3. 讀取文件內容std::string content;           // 用于存儲文件內容content.resize(len);           // 預分配空間// 一次性讀取整個文件內容到字符串中in.read((char*)content.c_str(), content.size());// 4. 關閉文件in.close();return content;  // 返回文件內容}// 根據文件后綴獲取Content-Typestd::string SuffixToDesc(const std::string &suffix){// 在content_type映射表中查找文件后綴對應的MIME類型auto iter = content_type.find(suffix);// 如果找不到對應的MIME類型if(iter == content_type.end()) return content_type[".html"];  // 默認返回html的MIME類型："text/html"else return content_type[suffix];   // 返回找到的MIME類型/* 例如：- .html -> "text/html"- .png  -> "image/png"這個MIME類型會被用在HTTP響應頭的Content-Type字段中*/}// 處理HTTP請求void HandlerHttp(int sockfd){// 1. 接收HTTP請求char buffer[10240];ssize_t n = recv(sockfd, buffer, sizeof(buffer) - 1, 0);/* 參數解釋：1. sockfd: 套接字描述符，用于標識與客戶端的連接2. buffer: 接收數據的緩沖區3. sizeof(buffer) - 1: 最大接收長度，預留1個字節給'\0'4. 0: 標志位，使用默認行為返回值n：- 大于0：實際接收的字節數- 等于0：連接已關閉- 小于0：接收錯誤*/if (n > 0){buffer[n] = 0;  // 字符串結束符// 2. 解析HTTP請求HttpRequest req;req.Deserialize(buffer);   // 反序列化請求內容req.Parse();               // 解析請求（獲取方法、URL、版本等）// 3. 讀取請求的文件內容std::string text;bool ok = true;text = ReadHtmlContent(req.file_path);  // 讀取請求的文件if(text.empty())  // 文件不存在或讀取失敗{ok = false;// 返回錯誤頁面std::string err_html = wwwroot + "/err.html";text = ReadHtmlContent(err_html);}// 4. 構建HTTP響應// 4.1 響應行std::string response_line;if(ok)response_line = "HTTP/1.0 200 OK\r\n";elseresponse_line = "HTTP/1.0 404 Not Found\r\n";// 4.2 響應頭std::string response_header = "Content-Length: ";response_header += std::to_string(text.size());response_header += "\r\n";response_header += "Content-Type: ";response_header += SuffixToDesc(req.suffix);  // 設置正確的MIME類型response_header += "\r\n";response_header += "Set-Cookie: name=haha&&passwd=12345";  // 設置Cookieresponse_header += "\r\n";// 4.3 空行std::string blank_line = "\r\n";// 4.4 組裝完整響應（響應行+響應頭+空行+響應體）std::string response = response_line + response_header + blank_line + text;// 5. 發送響應給客戶端send(sockfd, response.c_str(), response.size(), 0);}// 6. 關閉連接close(sockfd);}// 線程運行函數static void *ThreadRun(void *args){pthread_detach(pthread_self());  // 設置線程分離ThreadData *td = static_cast<ThreadData *>(args);td->svr->HandlerHttp(td->sockfd);delete td;return nullptr;}~HttpServer() {}private:Sock listensock_;    // 監聽socketuint16_t port_;      // 服務器端口std::unordered_map<std::string, std::string> content_type;  // 支持的內容類型映射
};

1.4 Socket.hpp-網絡通信器

Socket.hpp

功能：

TCP連接封裝
地址綁定
端口監聽
客戶端連接處理
錯誤處理

#pragma once  // 防止頭文件重復包含// 系統相關頭文件
#include <iostream>     // 標準輸入輸出
#include <string>       // 字符串處理
#include <unistd.h>    // UNIX標準函數定義
#include <cstring>     // C字符串處理
#include <sys/types.h> // 基本系統數據類型
#include <sys/stat.h>  // 文件狀態
#include <sys/socket.h> // Socket接口
#include <arpa/inet.h> // IP地址轉換函數
#include <netinet/in.h> // IP協議家族
#include "Log.hpp"     // 日志系統// 錯誤枚舉定義
enum
{SocketErr = 2,  // Socket創建錯誤BindErr,        // 綁定錯誤ListenErr,      // 監聽錯誤
};// 監聽隊列長度
const int backlog = 10;// Socket封裝類
class Sock
{
public:Sock() {}~Sock() {}public:// 創建Socketvoid Socket(){// 創建TCP Socketsockfd_ = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);if (sockfd_ < 0){// 創建失敗，記錄錯誤日志并退出lg(Fatal, "socker error, %s: %d", strerror(errno), errno);exit(SocketErr);}// 設置Socket選項：地址重用int opt = 1;setsockopt(sockfd_, SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &opt, sizeof(opt));}// 綁定端口void Bind(uint16_t port){// 創建并初始化地址結構struct sockaddr_in local;memset(&local, 0, sizeof(local));local.sin_family = AF_INET;           // IPv4local.sin_port = htons(port);         // 端口號local.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY;   // 監聽所有網卡// 綁定地址和端口if (bind(sockfd_, (struct sockaddr *)&local, sizeof(local)) < 0){// 綁定失敗，記錄錯誤日志并退出lg(Fatal, "bind error, %s: %d", strerror(errno), errno);exit(BindErr);}}// 開始監聽void Listen(){// 啟動監聽if (listen(sockfd_, backlog) < 0){// 監聽失敗，記錄錯誤日志并退出lg(Fatal, "listen error, %s: %d", strerror(errno), errno);exit(ListenErr);}}// 接受連接int Accept(std::string *clientip, uint16_t *clientport){// 準備接收客戶端地址信息struct sockaddr_in peer;socklen_t len = sizeof(peer);// 接受新連接int newfd = accept(sockfd_, (struct sockaddr*)&peer, &len);if(newfd < 0){// 接受連接失敗，記錄警告日志lg(Warning, "accept error, %s: %d", strerror(errno), errno);return -1;}// 獲取客戶端IP地址char ipstr[64];inet_ntop(AF_INET, &peer.sin_addr, ipstr, sizeof(ipstr));*clientip = ipstr;// 獲取客戶端端口號*clientport = ntohs(peer.sin_port);return newfd;  // 返回新連接的文件描述符}// 連接服務器（客戶端使用）bool Connect(const std::string &ip, const uint16_t &port){// 準備服務器地址信息struct sockaddr_in peer;memset(&peer, 0, sizeof(peer));peer.sin_family = AF_INET;peer.sin_port = htons(port);inet_pton(AF_INET, ip.c_str(), &(peer.sin_addr));// 建立連接int n = connect(sockfd_, (struct sockaddr*)&peer, sizeof(peer));if(n == -1) {// 連接失敗std::cerr << "connect to " << ip << ":" << port << " error" << std::endl;return false;}return true;  // 連接成功}// 關閉Socketvoid Close(){close(sockfd_);}// 獲取Socket文件描述符int Fd(){return sockfd_;}private:int sockfd_;  // Socket文件描述符
};

1.5 HttpServer.cc-服務器啟動器

HttpServer.cc

功能：

程序入口
參數解析
服務器初始化
智能指針管理

// 包含必要的頭文件
#include "HttpServer.hpp"  // HTTP服務器類定義
#include <iostream>        // 標準輸入輸出
#include <memory>         // 智能指針
#include <pthread.h>      // POSIX線程庫
#include "Log.hpp"        // 日志系統using namespace std;int main(int argc, char *argv[])
{// 檢查命令行參數if(argc != 2)  // 要求必須提供端口號參數{exit(1);   // 參數錯誤，退出程序}// 將命令行參數轉換為端口號uint16_t port = std::stoi(argv[1]);  // 字符串轉換為整數// 創建HTTP服務器實例// 以下是三種方式，注釋掉的是不推薦的方式// 方式1（不推薦）：普通指針，需要手動管理內存// HttpServer *svr = new HttpServer();// 方式2（語法錯誤）：unique_ptr的錯誤聲明方式// std::unique<HttpServer> svr(new HttpServer());// 方式3（推薦）：使用智能指針unique_ptr，自動管理內存std::unique_ptr<HttpServer> svr(new HttpServer(port));// 啟動服務器svr->Start();  // 開始監聽和處理請求// 程序正常退出return 0;
}