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title: 超文本传输协议（HTTP）快速入门
tags:
  - 网络协议
  - HTTP
date: 2024-10-04 14:00:00
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- [请求一个页面](#请求一个页面)
- [用词约定](#用词约定)
- [从零开始的HTTP服务器生涯](#从零开始的HTTP服务器生涯)
- [GET和POST](#GET和POST)
- [参考资料和扩展阅读](#参考资料和扩展阅读)

<!--more-->

## 请求一个页面

这篇文章会用到[Curl](https://curl.dev/)，Curl是一个用于在命令行中访问URI（Uniform Resource Indicator，统一资源标志符，我们常说的“网址”）的工具。我们用它作为例子，看看一个HTTP客户端如何从服务器获取网页。

在大多数Linux发行版中，这个工具都是默认安装的，你可以在终端模拟器中尝试`curl --version`：

````
$ curl --version
curl 7.85.0 (x86_64-redhat-linux-gnu) libcurl/7.85.0 OpenSSL/3.0.8 zlib/1.2.12 brotli/1.0.9 libidn2/2.3.4 libpsl/0.21.1 (+libidn2/2.3.3) libssh/0.10.4/openssl/zlib nghttp2/1.51.0
Release-Date: 2022-08-31
Protocols: dict file ftp ftps gopher gophers http https imap imaps ldap ldaps mqtt pop3 pop3s rtsp scp sftp smb smbs smtp smtps telnet tftp 
Features: alt-svc AsynchDNS brotli GSS-API HSTS HTTP2 HTTPS-proxy IDN IPv6 Kerberos Largefile libz NTLM NTLM_WB PSL SPNEGO SSL threadsafe TLS-SRP UnixSockets
````

如果你的系统已经安装了Curl，就会出现和上面类似的输出，而不是一条“找不到”的报错。

如果你使用Windows，[Windows 10和Windows 11已经预装Curl](https://curl.se/windows/microsoft.html)。但是在PowerShell的默认环境下，使用`curl`不会使用curl，你需要用`curl.exe`来代替接下来所有命令中的`curl`。（提示：如果你的命令窗口标题有PowerShell字样，说明你可能正在使用PowerShell）

你可以在命令行窗口中尝试`curl --version`：

````
> curl.exe --version
curl 7.79.1 (Windows) libcurl/7.79.1 Schannel
Release-Date: 2021-09-22
Protocols: dict file ftp ftps http https imap imaps pop3 pop3s smtp smtps telnet tftp
Features: AsynchDNS HSTS IPv6 Kerberos Largefile NTLM SPNEGO SSL SSPI UnixSockets
````

如果你正在使用没有预装Curl的Windows，你可以在 [curl.se/windows/](https://curl.se/windows/) 下载。

确认Curl可以使用，我们来试试访问`http://example.com`

````
$ curl --http1.1 http://example.com -v
*   Trying 93.184.216.34:80...
*   Trying 2606:2800:220:1:248:1893:25c8:1946:80...
* Immediate connect fail for 2606:2800:220:1:248:1893:25c8:1946: 网络不可达
* Connected to example.com (93.184.216.34) port 80 (#0)
> GET / HTTP/1.1
> Host: example.com
> User-Agent: curl/7.85.0
> Accept: */*
> 
* Mark bundle as not supporting multiuse
< HTTP/1.1 200 OK
< Age: 106060
< Cache-Control: max-age=604800
< Content-Type: text/html; charset=UTF-8
< Date: Sat, 18 Mar 2023 06:39:37 GMT
< Etag: "3147526947+ident"
< Expires: Sat, 25 Mar 2023 06:39:37 GMT
< Last-Modified: Thu, 17 Oct 2019 07:18:26 GMT
< Server: ECS (sab/5707)
< Vary: Accept-Encoding
< X-Cache: HIT
< Content-Length: 1256
< 
<!doctype html>
<html>
<head>
    <title>Example Domain</title>

    <meta charset="utf-8" />
    <meta http-equiv="Content-type" content="text/html; charset=utf-8" />
    <meta name="viewport" content="width=device-width, initial-scale=1" />
    <style type="text/css">
    body {
        background-color: #f0f0f2;
        margin: 0;
        padding: 0;
        font-family: -apple-system, system-ui, BlinkMacSystemFont, "Segoe UI", "Open Sans", "Helvetica Neue", Helvetica, Arial, sans-serif;
        
    }
    div {
        width: 600px;
        margin: 5em auto;
        padding: 2em;
        background-color: #fdfdff;
        border-radius: 0.5em;
        box-shadow: 2px 3px 7px 2px rgba(0,0,0,0.02);
    }
    a:link, a:visited {
        color: #38488f;
        text-decoration: none;
    }
    @media (max-width: 700px) {
        div {
            margin: 0 auto;
            width: auto;
        }
    }
    </style>    
</head>

<body>
<div>
    <h1>Example Domain</h1>
    <p>This domain is for use in illustrative examples in documents. You may use this
    domain in literature without prior coordination or asking for permission.</p>
    <p><a href="https://www.iana.org/domains/example">More information...</a></p>
</div>
</body>
</html>
* Connection #0 to host example.com left intact
````

在我们使用curl时，我们加上了两个额外参数，一个是`--http1.1`，一个是`-v`。`--http1.1`告诉Curl，我们要求它使用1.1版本的HTTP，否则Curl可能会自动选择其它版本的HTTP；`-v`则让Curl展示更详细一点的信息，包括连接服务器和HTTP请求。

让我们来关注`<!doctype html>`之前以`<`或`>`开头的行：

````
> GET / HTTP/1.1
> Host: example.com
> User-Agent: curl/7.85.0
> Accept: */*
> 

< HTTP/1.1 200 OK
< Age: 106060
< Cache-Control: max-age=604800
< Content-Type: text/html; charset=UTF-8
< Date: Sat, 18 Mar 2023 06:39:37 GMT
< Etag: "3147526947+ident"
< Expires: Sat, 25 Mar 2023 06:39:37 GMT
< Last-Modified: Thu, 17 Oct 2019 07:18:26 GMT
< Server: ECS (sab/5707)
< Vary: Accept-Encoding
< X-Cache: HIT
< Content-Length: 1256
< 
````

在这里，`>`的意思是发送到服务器，`<`是从服务器接收。我们向服务器发送的是“请求”（Request），而服务器向我们返回“响应”（Response），一次请求-响应是一次“事务”（Transcation）。Curl执行我们对于`example.com`的请求，首先向服务器发送了以下信息：

````
GET / HTTP/1.1
^^^ ~~~~~~~~~~~~ 请求方法 （Request Method）
    ^ ~~~~~~~~~~ 路径（Path）
      ^^^^^^^^ ~ 协议（Protocol）
````

这一行可以很容易用大白话说明：“使用HTTP/1.1协议获取（GET）路径‘/’”。

接下来这一段通常被叫作“HTTP头”：

````
Host: example.com
User-Agent: curl/7.85.0
Accept: */*
````

每一行意味着一个键值对，用`Key: Value`的格式。`Host: example.com`告诉服务器我们想请求的域名是`example.com`，其它两个头我们留到稍后再了解。
这些“HTTP头”跟第一行加起来组成了“HTTP请求头部”的数据。但是还没完，这里还有一个空行：

````

````

它标志着“HTTP请求头部”的结束。

另外，还有一个要注意的地方：HTTP的换行是CRLF格式，也就是大多数编程语言中的`\r\n`字符串转义，这个稍后我们自己编写HTTP服务器的时候才会变得重要。

我们接着来看看服务器发回给我们的数据，它跟请求有两点不同，第一个是：

````
HTTP/1.1 200 OK
^^^^^^^^ ~~~~~~~~~~ 协议
         ^^^ ~~~~~~ 状态码（Status Code）
             ^^ ~~~ 状态信息
````

通常，状态码和状态信息一一对应，或者说，状态信息只是在解释状态码。在这里，`200`可以说是“成功”的意思。

第二个是，它在空行之后，即”HTTP响应头部“结束之后，带上了我们请求的页面`/`：

````
<!doctype html>
<html>
...
````

如果你的电脑上有[telnet](https://en.wikipedia.org/wiki/Telnet)，你可以亲手发送一个HTTP请求！执行`telnet example.com 80`来连接到服务器的80端口。

````
$ telnet example.com 80
Trying 93.184.216.34...
Connected to example.com.
Escape character is '^]'.
````

输入以下内容。就是上面HTTP请求的简化版，HTTP头只留下`Host`。

````
GET / HTTP/1.1
Host: example.com

````

别忘了空行！不必担心换行格式，telnet默认发送CRLF形式的换行，这跟HTTP的要求是一样的。

## 用词约定

### 套接字和Socket

Socket是一种对于网络逻辑接口的抽象，本文使用Socket一词。在有些资料中这个词被翻译成“套接字”。

### HTTP头部、头

为了尊重使用习惯，本文中的HTTP头和HTTP头部所指的内容是不一样的。为了方便理解，假设有这样的HTTP请求：

````
GET /path/to/page HTTP/1.1
Host: example.com
User-Agent: sample-client/1

````

HTTP头部指的是结束标志（空行）以及之前所有部分，而HTTP头指的是第一行之后、结束标志之前的键值对部分。

### TCP

本文中的TCP是Transmission Control Protocol的缩写，中文翻译是“传输控制协议”。

## 从零开始的HTTP服务器生涯

我们已经了解HTTP请求和响应的结构，从这里开始，我们将使用Python来编写一个简单的HTTP服务器。如果你不会Python，可以看看[Python文档网站上的教程](https://docs.python.org/zh-cn/3/tutorial/index.html)。我们只会使用许多编程语言都具备的概念和特性，用其它编程语言实现应该也不会有太大障碍。

另外提一句，所有代码都在Fedora 37上使用Python 3.11测试，但是程序并没有使用特殊的特性，在其它平台和Python上多半也能正常使用。

你可能没有从零开始写HTTP服务器的经验，让我来为我们将要完成的代码划分几个部分：

1. 监听网络端口，等待连接
2. 从连接读取HTTP请求
3. 生成HTTP响应并返回

````python
def main():
    pass

if __name__ == "__main__":
    main()
````

### 等待客户端连接

HTTP运行在TCP之上，我们需要打开一个TCP端口，等待客户端创建TCP连接。

我们将使用Python标准库里的[socket](https://docs.python.org/zh-cn/3/library/socket.html)，这个模块应该已经随着你的Python安装了。没用过Socket API也没关系，我将对我们要进行的操作做一个简单介绍。要在一个端口上等待客户端连接，我们大概要进行以下工作：

1. 创建一个Socket（使用socket库里的`socket`类），配置使用TCP（HTTP在TCP上传输）
2. 把一个端口bind到这个Socket上（使用Socket的`bind`方法）
3. 将这个Socket设置为监听（使用Socket的`listen`方法）

完成这些工作后，我们就可以使用Socket的`accept`方法等待一个连接。

在main里添加代码之后：

````python
from socket import socket, AF_INET, SOCK_STREAM # 导入我们需要的值

def main():
    # SOCK_STREAM配合AF_INET就是在IPv4上使用TCP的意思，HTTP在TCP上传输
    with socket(AF_INET, SOCK_STREAM) as server_port: # with会在运行离开这块代码之后关闭这个Socket
        server_port.bind(("127.0.0.1", 8989)) # 将127.0.0.1:8989这个地址绑定到这个Socket上
        server_port.listen() # 设置监听
        conn, addr = server_port.accept() # conn是相应连接的Socket， addr是地址
````

要实验我们的代码是否有效，我们可以编写一个供telnet使用的Echo服务器。Echo服务器，回声服务器，顾名思义就是一个原样输出收到内容的服务器。以下是包含了这个Echo服务器逻辑的文件内容。

````python
from socket import socket, AF_INET, SOCK_STREAM

def main():
    with socket(AF_INET, SOCK_STREAM) as server_port:
        server_port.bind(("127.0.0.1", 8989))
        server_port.listen()
        conn, addr = server_port.accept()
        with conn: # 运行离开这个with代码块时，with会帮我们关闭这个Socket
            print(f"Accepted {addr}")
            conn.settimeout(8)
            while True:
                data = conn.recv(4096) # 接收最多4096 bytes的数据
                if data != b"\r\n": # 如果是一个空行（只包含CRLF换行），就退出循环
                    conn.send(data)
                else:
                    break

if __name__ == "__main__":
    main()
````

假设这个Python脚本的名字叫作`server.py`，我们执行`python server.py`（因为需要Python 3，有些机器可能要使用`python3`代替`python`）。

````
python server.py

````

现在我们可以使用`telnet localhost 8989`连接到我们的Echo服务器。输入一些内容、换行，看看服务器返回的内容。最后用空行退出。

````
$ telnet localhost 8989
Trying ::1...
telnet: connect to address ::1: Connection refused
Trying 127.0.0.1...
Connected to localhost.
Escape character is '^]'.
Hello!
Hello!

Connection closed by foreign host.
````

### 读取HTTP请求

先让我们来总结一下我们之前了解到的内容：一次HTTP事务包括请求和响应，请求和响应发送的数据叫作HTTP信息（Message）。

一个信息包括两部分：头部和主体，一个空行代表头部结束。HTTP请求和响应的头部只有第一行的格式不同，第一行之后都是由键值对组成的HTTP头。

让我们新添加两个函数，分别用于读取HTTP请求和处理HTTP请求：

````python
def read_http_request(conn):
    pass

def handle_http_request(conn):
    pass 
````

> HTTP在TCP连接上传输，TCP提供面向字节流传输，意思是：在同一个Socket上，无论你如何发送数据，TCP都将它们视为同一串数据，不保证它们分开到达目标（你可以试试搜索“TCP粘包问题”，这是一个存在又不存在的问题）。当然，TCP保证数据收到的顺序和发送的顺序一致。这也可以帮助你理解HTTP为何要如此设计。

为了简化代码，我们这里将使用比较简单的方法读取HTTP请求，并将其处理成三个返回值：请求方法、路径、头。请求方法和路径是字符串，头是一个Python字典（`dict`），保存HTTP头键值对。跟Python字典类似功能的东西，在其它编程语言中可能更习惯叫"Map"。

读取HTTP请求时，我们先原样读取出整个头部，存为字符串再解析。读取头部的函数命名为`read_http_request_header_string`。

````python
def read_http_request_header_string(conn: socket):
    buffer = bytearray()
    while True:
        buffer.extend(conn.recv(4096))
        header_length = buffer.find(b"\r\n\r\n") # 两个连在一起的CRLF，第二个CRLF就代表空行
        if header_length != -1:
            return buffer[:header_length]
````

这样我们就可以在`read_http_request`里使用它了，你可以先试着写一写这个`read_http_request`再看完整代码。

逻辑很简单，将读到的字符串按照`\r\n`分开，再分别处理第一行和剩余的行。需要注意的是，我们的`read_http_request_header_string`返回`bytes`（可以简单理解为一块内存），你需要用`decode`方法将其转换为字符串，该方法需要指定一个编码，你可以使用`"ascii"`。

````python
def read_http_request(conn: socket):
    s = read_http_request_header_string(conn).decode("ascii")
    lines = s.split("\r\n") # 按CRLF切开
    # 解析第一行
    fstline = lines[0]
    method, path, protocol = fstline.split(" ") # 按空格切开第一行
    if protocol != "HTTP/1.1":
        raise RuntimeError("unknown protocol", protocol)
    method = method.lower() # 把方法转换成小写
    # 解析头
    header = {}
    if len(lines) > 1:
        for line in lines[1:]:
            key, value = line.split(": ")
            header[key] = value
    return method, path, header
````

### 生成HTTP响应头部

相对于读取请求，生成响应要简单多了，只需要按照格式拼装信息：

````python
STATUS_MESSAGES = {
    200: "OK",
    400: "Bad Request",
    404: "Not Found",
    500: "Server Error",
}

def build_http_response_header(status_code, headers):
    lines = [
        f"HTTP/1.1 {status_code} {STATUS_MESSAGES[status_code]}"
    ]
    for key, value in headers:
        lines.append(f"{key}: {value}")
    lines.append("") # 别忘了加空行
    lines.append("")
    return '\r\n'.join(lines).encode('ascii')
````

请注意，这里为了增加空行，使用两次`lines.append("")`增加了两个空字符串。因为`'\r\n'.join`只在两个字符串中间增加分隔符`"\r\n"`。

举个例子：我们有`"A"`、`"B"`两个字符串，每个字符串一行。如果我们不增加空字符串，`'\r\n'.join`只会在A和B之间插入一个换行，结果是`"A\r\nB"`。

如果我们只在列表末尾增加一个空字符串，那么最后就只会是

````
"A\r\nB\r\n"
           ^ 新增加的空字符串
````

，只是在B和增加的空字符串中间增加了一个换行；如果需要单独的空行，还需要一个额外空字符串，在第一个空字符串和第二个空字符串之间再插入一个换行，才会变为我们需要的`"A\r\nB\r\n\r\n"`。

### 处理HTTP请求

接下来我们正式在`handle_http_request`中处理HTTP请求。首先我们读取HTTP请求，如果请求出错，我们返回400 Bad Request。

````python
def handle_http_request(conn: socket):
    try:
        method, path, headers = read_http_request(conn)
    except Exception as e:
        conn.send(build_http_response_header(400, []))
        print(f"- - 400 {STATUS_MESSAGES[400]}")
        raise e # 把错误重新抛出，方便你看错误堆栈
````

然后我们检查方法是否是`get`，路径是否是`/`或者`/index.html`，满足条件的话我们就返回200 OK和一段HTML内容：

````python
    if method == "get" and (path == "/" or path == "/index.html"):
        headers = [
            ("Charset", "UTF-8"),
            ("Content-Length",str(len(DEFAULT_PAGE_HTML))),
            ("Connection", "close"),
        ]
        conn.send(build_http_response_header(200, headers))
        conn.send(DEFAULT_PAGE_HTML)
        print(f"{method.upper()} {path} 200 {STATUS_MESSAGES[200]}")
````

你发现我们在这里设置了三个头，一个是`Charset`，我们将它设置为`UTF-8`，这是提示客户端，我们的内容使用UTF-8编码。我们的`DEFAULT_PAGE_HTML`定义如下：

````python
DEFAULT_PAGE_HTML = """<!doctype html>
<html>
    <head>
        <meta charset="utf-8" />
        <title>Default Page</title>
    </head>
    <body>
        <h1>Hello World!</h1>
    </body>
</html>""".encode("utf-8")
````

这里我们使用`.encode("utf-8")`将字符串转换为`bytes`。关于`decode`、`encode`方法和编解码可以阅读Python文档相应页面。

另一个头是`Content-Length`，这个头指定了HTTP主体（Body）的长度，也就是我们返回HTML的长度，接收端会根据这个长度读取主体内容。长度必须是十进制的字节数量。你可以看到我们在这里给了`DEFAULT_PAGE_HTML`的长度。

最后一个是`Connection: close`，这样设置意味着：无论是客户端还是服务器都可以在响应完成之后关闭相应连接。设置这个头是因为我们的服务器在响应HTTP请求之后就会自动关闭连接，但是HTTP/1.1默认不会关闭。

最后，如果不满足条件，返回404 Not Found，意味着这个页面没有找到。

````python
    else:
        conn.send(build_http_response_header(404, []))
        print(f"{method.upper()} {path} 404 {STATUS_MESSAGES[404]}")
````

最后只要在我们的main函数使用这个`handle_http_request`就好了。

````python
def main():
    with socket(AF_INET, SOCK_STREAM) as server_port:
        server_port.bind(("127.0.0.1", 8989))
        server_port.listen()
        conn, addr = server_port.accept()
        with conn:
            conn.settimeout(8)
            handle_http_request(conn)
````

使用`python server.py`启动之后，使用`curl http://localhost:8989 -v`来看看效果。

````
$ curl http://localhost:8989 -v
*   Trying 127.0.0.1:8989...
* Connected to localhost (127.0.0.1) port 8989 (#0)
> GET / HTTP/1.1
> Host: localhost:8989
> User-Agent: curl/7.85.0
> Accept: */*
> 
* Mark bundle as not supporting multiuse
< HTTP/1.1 200 OK
< Charset: UTF-8
< Content-Length: 175
< Connection: close
< 
<!doctype html>
<html>
    <head>
        <meta charset="utf-8" />
        <title>Default Page</title>
    </head>
    <body>
        <h1>Hello World!</h1>
    </body>
* Closing connection 0
</html>⏎
````

我们的代码处理了一个新连接就退出了，如果要让它持续处理新连接，只要从`accept`方法开始放在死循环里就行：

````python
def main():
    with socket(AF_INET, SOCK_STREAM) as server_port:
        server_port.bind(("127.0.0.1", 8989))
        server_port.listen()
        while True:
            conn, addr = server_port.accept()
            with conn:
                conn.settimeout(8)
                handle_http_request(conn)
````

[完整代码请见Gist](https://gist.github.com/thislight/b0aaa23f247d62bb6d78cc650732b214)

### 使用浏览器开发者工具

浏览器开发者工具是调试你Web程序的利器！它就内置在你的浏览器里，包含多个有用的工具，快捷键通常是F12。接下来，我将演示用Firefox的开发者工具查看我们的服务器响应信息。

先打开一个新标签页。你有两种方法打开开发者工具：一种是在浏览器菜单里点击“更多工具”， 点击“Web开发者工具”。

![“更多工具”里存在“Web开发者工具”这一项](devtools-in-menu.png)

另一种打开方法是按键盘上的F12。

打开后，你就会看到开发者工具，选择“网络（Network）”页面。

![“Web开发者工具”显示在浏览器窗口内部的右边，选择了“网络”页面](devtools.png)

接下来，在地址栏中输入我们服务器的地址`http://localhost:8989`、确认访问，就可以在这个页面下看到浏览器产生的请求。点击单个项目可以展开详细信息。

![“网络”页面的列表出现了浏览器产生的请求，显示了访问主页请求的详细信息](devtools-inspect-request.png)

## GET和POST

我们的服务器应该能够根据用户的输入进行不同的操作，不然为什么不直接提供一个HTML就好了呢？正好，HTTP给我们提供了一个工具：路径里面可以携带一个叫查询（Query）的部分，`?`之后就是我们的查询，查询里面可以直接携带URI未保留字符，这些字符在URI中没有特殊意义。比如在`/?something`中，`something`就是我们的查询。

> 查询其实是属于URI的一部分。我们在这里说查询是在“路径”中，这里的“路径”指的是前面我们所提到HTTP请求格式中的“路径”。

但是有一些字符不能直接放进URI里，因为它们是URI的保留字符，比如`@`，这时候就需要转义（Escape）这些字符。我们在这使用的编码叫[URL encoding（URL编码，也可以叫percent encoding，百分号编码）](https://en.wikipedia.org/wiki/URL_encoding)。

比如说我们要在路径里携带`example@example.com`，比如`/?email=example@example.com`，我们必须将其编码成`/?email=example%40example.com`。

虽然查询里面可以携带任何允许的字符，但是使用类似上面的格式仍然是比较常用的做法。也就是`key=val`代表键key的值是val，在上面就是`email`的值是`example@example.com`。如果要携带多对键值，可以用`&`从中间区分，比如`email=example%40example.com&nuke=1`，就有`email`和`nuke`两对键值。

接下来，我们一起改写上面的服务器，让它能够接受查询字符串，比如说在访问`/?name=HTTP`的时候可以返回"Hello HTTP！"。

### 在GET请求中接受用户输入

我们要修改以下部分：

- 修改访问路径匹配。我们之前使用`path == "/"`来确认正在访问的路径，这样的话`/?name=HTTP`就不能访问到`/`了。
- 处理查询里的键值对。我们需要从请求中的路径取得访问路径和查询，将查询里的键值对解析成我们需要的数据结构，在这里是字典。
- 让`DEFAULT_HTML_PAGE`的"World"可以自定义。我们在这里使用Python的`str.format`方法。

首先，我们需要从请求中的路径取得访问路径和查询：

````python
def read_path(path: str): # 返回访问路径和查询
    parts = path.split("?", maxsplit=1)
    if len(parts) > 1:
        return parts[0], parts[1]
    else:
        return parts[0], ""

def handle_http_request(conn: socket):
    # ...
    onlypath, query = read_path(path)
    if onlypath == "/" and method == "get": 
        # ...
````

然后，我们需要将查询里的键值对解析成字典：

````python
def parse_query(q: str):
    pairs_str = q.split("&")
    pairs = {}
    for s in pairs_str:
        if s: # 确保不是空字符串
            k, v = s.split("=")
            pairs[unquote_plus(k)] = unquote_plus(v)
    return pairs
````

在这里，我们使用了`urllib.parse`的`unquote_plus`函数，你需要在文件顶部引入它：

````python
from urllib.parse import unquote_plus
````

我们使用这个函数将URL编码的字符串转换为普通字符串。

接下来，我们要让`DEFAULT_HTML_PAGE`可以接受自定义名字。因为`bytes`对象没有`format`方法，我们得去掉`.encode`，改在自定义名字之后完成。

````python
DEFAULT_PAGE_HTML = """<!doctype html>
<html>
    <head>
        <meta charset="utf-8" />
        <title>Default Page</title>
    </head>
    <body>
        <h1>Hello {name}!</h1>
    </body>
</html>"""
````

当我们使用`format`方法时，就可以替换掉`{name}`的内容，生成实际要发送给客户端的页面。这时`DEFAULT_PAGE_HTML`就被叫作“模板”，生成这个页面的过程叫“渲染”。

````python
    if onlypath == "/" and method == "get":
        query_dict = parse_query(query) # 解析查询键值对
        # 渲染页面
        content = DEFAULT_PAGE_HTML.format(
            # 检查键值对中有没有键name，有并且值不为空的话就以其值替换{name}，否则用World替换。
            name=(query_dict["name"] if query_dict.get("name") else "World")
        ).encode("utf-8")
        headers = [
            ("Charset", "UTF-8"),
            ("Content-Length",str(len(content))), # 主体长度等于实际内容长度
            ("Connection", "close"),
        ]
        conn.send(build_http_response_header(200, headers))
        conn.send(content) # 发送渲染出来的页面
        # ...
````

启动你的服务器。用`curl http://localhost:8989?name=HTTP -v`试试。

````
$ curl http://localhost:8989?name=HTTP -v
*   Trying 127.0.0.1:8989...
* Connected to localhost (127.0.0.1) port 8989 (#0)
> GET /?name=HTTP HTTP/1.1
> Host: localhost:8989
> User-Agent: curl/7.85.0
> Accept: */*
> 
* Mark bundle as not supporting multiuse
< HTTP/1.1 200 OK
< Charset: UTF-8
< Content-Length: 174
< Connection: close
< 
<!doctype html>
<html>
    <head>
        <meta charset="utf-8" />
        <title>Default Page</title>
    </head>
    <body>
        <h1>Hello HTTP!</h1>
    </body>
* Closing connection 0
</html>⏎
````

你也可以用浏览器看看。修改一下`name`的值，看看给出什么结果。如果出现bug，尝试自己修一修。

修改一下模板，就可以直接在网页里面使用这个参数了。

````python
DEFAULT_PAGE_HTML = """<!doctype html>
<html>
    <head>
        <meta charset="utf-8" />
        <title>Default Page</title>
    </head>
    <body>
        <h1>Hello {name}!</h1>
        <form method="GET">
            <input name="name" label="Hello to..." />
            <button type="submit">Submit</button>
        </form>
    </body>
</html>"""
````

HTML不在本文范围，敬请参阅MDN Web Docs相关页面。

[完整代码请见Gist](https://gist.github.com/thislight/d32a565609ee1f2379fc9b3af1d87012)

### HTTP POST

目前为止，我们都在使用HTTP的GET方法。另一个常用的HTTP方法是POST，为什么我们需要它呢？

- HTTP请求可以跟响应一样携带主体。GET请求不可以携带主体，但POST请求可以。放在路径里的数据经过编码后体积可能大幅增加；主体里的数据格式并没有规定，可以不用编码。
- 理论上HTTP请求头部的路径可以无限长，但是客户端或者服务器可能会限制路径最大长度。
- 在浏览器中，路径会被记录在浏览历史里，放在主体里的数据一般不会被记录。

如果我们使用HTML的form元素进行请求，POST请求主体使用的格式与我们之前查询键值对的格式相同。键是form元素内input元素name属性的值。

> 绝大部分情况下，你应该用GET方法展示数据、POST方法只用来记录数据。在刷新POST方法返回的页面时，浏览器需要重新提交请求，并会询问用户是否要这样做（因为这样做可能会导致不需要的副作用）。大部分情况下，这不是用户想体验的麻烦。
> 如果你使用HTML的form直接处理POST提交，你可以在处理POST方法完成后返回[HTTP 303 See Other状态码](https://developer.mozilla.org/en-US/docs/Web/HTTP/Status/303)并在`Location`头中指定重新请求的地址，让浏览器用GET方法重新请求并展示相应页面。
> 我们接下来就是采用类似方法。

让我们来改写我们之前的服务器，让它可以接受POST方法的`default_name`参数，并将它设置为默认名字（当没有name参数时使用的名字）。

先添加一个全局变量：

````python
global default_name
default_name = "World"
````

这是个比较大的改写，首先我们要先改写读取HTTP请求的部分，让它支持读取主体。然后我们要使用一个全局变量保存我们对默认名字的修改。

````python
def read_http_request_header_string(conn: socket):
    buffer = bytearray()
    while True:
        buffer.extend(conn.recv(4096))
        header_length = buffer.find(b"\r\n\r\n")
        if header_length != -1:
            return buffer[:header_length], buffer[header_length+4:]

def read_http_request(conn: socket):
    s, rest = read_http_request_header_string(conn)
    s = s.decode("ascii")
    lines = s.split("\r\n")
    # 解析第一行
    fstline = lines[0]
    method, path, protocol = fstline.split(" ")
    if protocol != "HTTP/1.1":
        raise RuntimeError("unknown protocol", protocol)
    method = method.lower()
    # 解析头
    header = {}
    if len(lines) > 1:
        for line in lines[1:]:
            key, value = line.split(": ")
            header[key] = value
    return method, path, header, rest

def read_http_request_body(conn: socket, length: int, buffer: bytearray):
    while len(buffer) < length:
        buffer.extend(conn.recv(4096))
    return buffer[:length]
````

我们在原先`read_http_request`函数的基础上增加`read_http_request_body`，并且让`read_http_request`返回多读的数据（在`\r\n\r\n`之后的数据）。在`handle_http_request`，我们这样读取主体：

````python
def handle_http_request(conn: socket):
    global default_name
    try:
        method, path, headers, rest = read_http_request(conn)
        if "Content-Length" in headers:
            body = read_http_request_body(conn, int(headers["Content-Length"]), rest)
            # 我们在这只支持Content-Length，不支持Transfer-Encoding: chunked
        else:
            body = bytearray()
    except Exception as e:
        conn.send(build_http_response_header(400, []))
        print(f"- - 400 {STATUS_MESSAGES[400]}")
        raise e
    # ...
````

接下来我们要改动检查路径和方法的代码：

````python
    onlypath, query = read_path(path)
    if onlypath == "/":
        if method == "get":
            query_dict = parse_query(query)
            # 渲染页面
            content = DEFAULT_PAGE_HTML.format(
                name=(query_dict["name"] if query_dict.get("name") else default_name)
                # 这里引用全局变量default_name的值，而不是硬编码"World"
            ).encode("utf-8")
            headers = [
                ("Charset", "UTF-8"),
                ("Content-Length",str(len(content))),
                ("Connection", "close"),
            ]
            conn.send(build_http_response_header(200, headers))
            conn.send(content)
            print(f"{method.upper()} {path} 200 {STATUS_MESSAGES[200]}")
            return # 响应完成，直接返回
        elif method == "post": # 处理POST请求
            form_data_s = body.decode("utf-8")
            form_dict = parse_query(form_data_s)
            if form_dict.get("default_name"):
                default_name = form_dict["default_name"]
            conn.send(build_http_response_header(303, [
                ("Connection", "close"),
                ("Location", "."),
            ])) # 让浏览器重新用GET请求并展示当前页面，Location是“.”
            print(f"{method.upper()} {path} 303 {STATUS_MESSAGES[303]}")
            return # 响应完成，直接返回
    conn.send(build_http_response_header(404, [])) # 没有匹配的路径或者方法，返回404
    print(f"{method.upper()} {path} 404 {STATUS_MESSAGES[404]}")
````

最后，改动一下模板，这样我们就可以直接使用这个参数了：

````python
DEFAULT_PAGE_HTML = """<!doctype html>
<html>
    <head>
        <meta charset="utf-8" />
        <title>Default Page</title>
    </head>
    <body>
        <h1>Hello {name}!</h1>
        <form method="GET">
            <input name="name"/>
            <button type="submit">Submit</button>
        </form>
        <h2>Default Name</h2>
        <form method="POST">
            <input name="default_name" />
            <button type="submit">Submit</button>
        </form>
    </body>
</html>"""
````

[完整代码请见Gist](https://gist.github.com/thislight/b69161000e5ea2904057a49f16b5ac8b)

### 再进一步

我们的代码尚不完善，你可以试试按以下方向改进。

- 处理并发连接

    当前的代码只能依照顺序一个一个处理连接，你使用多线程或者Python的asyncio让我们的服务器能够并发处理连接。

    参考资料：

  - [Python文档：threading模块](https://docs.python.org/zh-cn/3/library/threading.html#module-threading)
  - [Python文档：asyncio](https://docs.python.org/zh-cn/3/library/asyncio.html#module-asyncio)

- 连接复用

    当前代码在回应请求之后就直接关闭连接，你可以支持HTTP/1.1式的连接复用来提高连接使用效率。

    参考资料：

  - [MDN Web Docs：HTTP Keep-Alive](https://developer.mozilla.org/en-US/docs/Web/HTTP/Headers/Keep-Alive)
  - [MDB Web Docs：HTTP Connection](https://developer.mozilla.org/en-US/docs/Web/HTTP/Headers/Connection)

- 增强兼容性

    我们目前的代码作了一些假设，你可以改进代码以提高对不同客户端的兼容性。

  - 支持[HTTP Transfer-Encoding](https://developer.mozilla.org/en-US/docs/Web/HTTP/Headers/Transfer-Encoding)，我们的代码中没有支持这种传输方式

- 包装和抽象

    你可以将HTTP服务器包装起来，甚至进一步包装成可以使用的框架，为用户提供可用的API。例如：

    ````python
    from mymodule import MyServer

    def handle_index(request):
        return request.ok(template="index.html")

    if __name__ == "__main__":
        server = MyServer({
            "/": handle_index
        })
        server.run()
    ````

    你还可以试试阅读[Tornado的代码](https://github.com/tornadoweb/tornado)，这是一个Python异步Web框架。

- 支持Cookie

    HTTP是一个无状态协议：不同的响应-请求之间没有联系。HTTP Cookie是一项在不同响应-请求之间保留数据的技术。设计一个需要保留数据的功能，并在我们的HTTP服务器中实现它。

    参考资料：

  - [MDN Web Docs：Using HTTP cookies](https://developer.mozilla.org/en-US/docs/Web/HTTP/Cookies)

## 参考资料和扩展阅读

- [MDN Web Docs: HTTP](https://developer.mozilla.org/en-US/docs/Web/HTTP)
- [Python Docs: socket](https://docs.python.org/zh-cn/3/library/socket.html)
- [Wikipedia: URL encoding](https://en.wikipedia.org/wiki/URL_encoding)
- [Wikipedia: Telnet](https://en.wikipedia.org/wiki/Telnet)

本文内容主要基于HTTP/1.1。如今，HTTP已经改进出HTTP/2和HTTP/3。这些新版本协议更加高效，更加适合我们当下的使用场景。虽然HTTP/2和HTTP/3与HTTP/1.1相比变化很大，但是基本概念并没有什么变动。

- [Web.dev: Introduction to HTTP/2](https://web.dev/performance-http2/)
- [Couldflare: What is HTTP/3?](https://www.cloudflare.com/learning/performance/what-is-http3/)
