使用rust写一个Web服务器——单线程版本

时间：2024-10-02 13:39:07

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    • 监听TCP连接
    • 读取HTTP Reqeust
    • 返回HTTP Response
    • 返回HTML页面
    • 验证Request和选择性Response

使用rust编写一个基于HTTP协议的Web服务器。HTTP是更高层的通信协议，一般来说都基于TCP来构建的，除了HTTP/3，后者是基于UDP构建的协议

仓库地址： 1037827920/web-server: 使用rust编写的简单web服务器 (github.com)

下面分为五个步骤去完成这个单线程Web服务器：

  1. 监听TCP连接
  2. 读取HTTP Reqeust
  3. 返回HTTP Response
  4. 返回HTML页面
  5. 验证Request和选择性Response

监听TCP连接

use std::net::TcpListener;

fn main() {
    // 监听端口
    let listener = TcpListener::bind("localhost:8080").unwrap();
    
    // incoming返回一个迭代器，它每一次迭代会返回一个新的连接stream（客户端发起的连接，Web服务器负责监听接收），因此，接下来做的就是从stream中读取数据，然后返回处理的结果
    for stream in listener.incoming() {
        let stream = stream.unwrap();
        
        println!("Connection established!");
    }
}

运行代码后访问localhost:8080，可以看到如下结果：

Connection established!
Connection established!
Connection established!

为啥浏览器访问依次，会在终端打印多次连接建立的信息？

原因在于stream超出作用域时，会触发drop的扫尾工作，其中包含了关闭连接。但是，浏览器可能会存在自动重试的情况，因此还会重新建立连接，最终打印了多次。

注意： 由于listener.incoming()会在当前阻塞式监听，所以main线程会被阻塞。

读取HTTP Reqeust

连接建立后，就可以开始读取客户端传来请求数据，先了解一下HTTP Reqeust

HTTP Request格式：

Method Request-URI HTTP-Version
headers CRLF
message-body
  • Method是请求的方法，例如GET、POST等，Reqeust-URI是该请求希望访问的目标资源路径，例如/、/sleep
  • 类似JSON格式的数据都是HTTP请求报头headers，例如“Host: localhost:8080”
  • message-body是消息体，它包含了用户请求携带的具体数据，例如更改用户名的请求，就要提交新的用户名数据，而GET请求是没有message-body的

代码：

use std::{
    // 帮助我们读取和写入数据
    // BufReader可以实现缓冲区读取，底层其实是基于std::io::Read实现，可以使用lines方法获取一个迭代器，可以对传输的内容流进行按行迭代读取，要使用该方法，需引入std::io::BufRead
    io::{prelude::*, BufReader},
    net::{TcpListener, TcpStream},
};


fn main() {
    let listener = TcpListener::bind("192.168.218.128:8080").unwrap();
    
    for stream in listener.incoming() {
        let stream = stream.unwrap();
        
        handle_connection(stream);
    }
}

/// # 函数作用
/// 处理连接：读取请求
fn handle_connection(mut stream: TcpStream) {
    let buf_reader = BufReader::new(&mut stream);
    let http_request: Vec<_> = buf_reader
    	.lines()
    	.map(|result| result.unwrap())
    	.take_while(|line| !line.is_empty()) // 从迭代器中获取元素，直到闭包返回false为止
    	.collect(); // 使用collect消费掉迭代器
    
    println!("Request: {:#?}", http_request);
}

运行代码后访问localhost:8080，可以看到如下结果：

Request: [
    "GET / HTTP/1.1",
    "Host: 192.168.218.128:8080",
    "Connection: keep-alive",
    "Cache-Control: max-age=0",
    "Upgrade-Insecure-Requests: 1",
    "User-Agent: Mozilla/5.0 (Windows NT 10.0; Win64; x64) AppleWebKit/537.36 (KHTML, like Gecko) Chrome/123.0.0.0 Safari/537.36 Edg/123.0.0.0",
    ...
]

如何判断客户端发来的HTTP数据是否读取完成：

客户端会在请求数据的结尾附上两个换行符，放我们检测某一行字符串为空时，就意味着请求数据已经传输完毕了，可以collect了。

返回HTTP Response

客户端请求后，服务端需要给予相应的请求应答

HTTP Response格式：

HTTP-Version Status-Code Reason-Phrase CRLF
headers CRLF
message-body

Status-Code用于告诉客户端，当前的请求是否成功，若失败，大概是什么原因

Response示例：

HTTP/1.1 200 OK\r\n\r\n

修改handle_conneciton，将Response发送回客户端：

/// # 函数作用
/// 处理连接：读取请求，回应请求
fn handle_connection(mut stream: TcpStream) {
    let buf_reader = BufReader::new(&mut stream);
    let http_request: Vec<_> = buf_reader
    	.lines()
    	.map(|result| result.unwrap())
    	.take_while(|line| !line.is_empty()) // 从迭代器中获取元素，直到闭包返回false为止
    	.collect(); // 使用collect消费掉迭代器
    
    let response = "HTTP/1.1 200 OK\r\n\r\n";
    // write_all接收&[u8]类型作为参数，这里需要用as_bytes将字符串转换为字节数组
    stream.write_all(response.as_bytes()).unwrap();
}

运行代码后访问localhost:8080，浏览器已经不会再报错，已经收到了来自服务器的Response，虽然是空白页面

返回HTML页面

hello.html：

<!DOCTYPE html>
<html lang="en">
  <head>
    <meta charset="utf-8">
    <title>This is title</title>
  </head>
  <body>
    <h1>Hello!</h1>
    <p>Hi from Web Server</p>
  </body>
</html>

添加导包：

use std::fs;

修改handle_connection函数：

/// # 函数作用
/// 处理连接：读取请求，回应请求
fn handle_connection(mut stream: TcpStream) {
    let buf_reader = BufReader::new(&mut stream);
    let _http_request: Vec<_> = buf_reader
    	.lines()
    	.map(|result| result.unwrap())
    	.take_while(|line| !line.is_empty()) // 从迭代器中获取元素，直到闭包返回false为止
    	.collect(); // 使用collect消费掉迭代器

    let status_line = "HTTP/1.1 200 OK"; // 状态行
    let contents = fs::read_to_string("hello.html").unwrap(); // 读取文件内容
    let length = contents.len();
    
    let response = format!("{status_line}\r\nContent-Length: {length}\r\n\r\n{contents}");

    // write_all接收&[u8]类型作为参数，这里需要用as_bytes将字符串转换为字节数组
    stream.write_all(response.as_bytes()).unwrap();
}

运行代码后访问localhost:8080，浏览器会显示hello.html页面

验证Request和选择性Response

404.html内容：

<!DOCTYPE html>
<html lang="en">
  <head>
    <meta charset="utf-8">
    <title>This is 404 Page</title>
  </head>
  <body>
    <h1>Sorry!</h1>
    <p>404</p>
  </body>
</html>

继续修改handle_connection，针对客户端不同的Request给出相应的Response

fn handle_connection(mut stream: TcpStream) {
	let buf_reader = BufReader::new(&mut stream);
    // 使用next而不是lines，因为我们只需要读取第一行，判断具体的request方法
    let request_line = buf_reader.lines().next().unwrap().unwrap();
    
    let (status_line, filename) = if request_line == "GET / HTTP/1.1" {
        ("HTTP/1.1 200 OK", "hello.html")
    } else {
        ("HTTP/1.1 404 NOT FOUND", "404.html")
    };

    let contents = fs::read_to_string(filename).unwrap();
    let length = contents.len();

    let response =
        format!("{status_line}\r\nContent-Length: {length}\r\n\r\n{contents}");

    stream.write_all(response.as_bytes()).unwrap();
}

运行代码后访问localhost:8080，浏览器会显示hello.html页面，范围localhost:8080/sleep，会显示404.html页面

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