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source/_drafts/http101.md
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@ -0,0 +1,980 @@
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title: 超文本传输协议(HTTP)快速入门
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date: 2023-03-21
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tags:
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- 网络
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- 请求一个页面
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- 用词约定
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- 从零开始的HTTP服务器生涯
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- GET和POST
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- 常见HTTP状态码和头简介
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- 从HTTP/1.1到HTTP/3
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- 参考资料和扩展阅读
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- FAQ
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<!--more-->
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## 请求一个页面
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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。
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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`:
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````
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$ curl --version
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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
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Release-Date: 2022-08-31
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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
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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
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````
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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。
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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)
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你可以在命令行窗口中尝试`curl --version`:
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````
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> curl.exe --version
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curl 7.79.1 (Windows) libcurl/7.79.1 Schannel
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Release-Date: 2021-09-22
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Protocols: dict file ftp ftps http https imap imaps pop3 pop3s smtp smtps telnet tftp
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Features: AsynchDNS HSTS IPv6 Kerberos Largefile NTLM SPNEGO SSL SSPI UnixSockets
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````
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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。
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确认Curl可以使用,我们来试试访问`http://example.com`
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````
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$ curl --http1.1 http://example.com -v
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* Trying 93.184.216.34:80...
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* Trying 2606:2800:220:1:248:1893:25c8:1946:80...
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* Immediate connect fail for 2606:2800:220:1:248:1893:25c8:1946: 网络不可达
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* Connected to example.com (93.184.216.34) port 80 (#0)
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> GET / HTTP/1.1
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> Host: example.com
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> User-Agent: curl/7.85.0
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> Accept: */*
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>
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* Mark bundle as not supporting multiuse
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< HTTP/1.1 200 OK
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< Age: 106060
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< Cache-Control: max-age=604800
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< Content-Type: text/html; charset=UTF-8
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< Date: Sat, 18 Mar 2023 06:39:37 GMT
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< Etag: "3147526947+ident"
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< Expires: Sat, 25 Mar 2023 06:39:37 GMT
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< Last-Modified: Thu, 17 Oct 2019 07:18:26 GMT
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< Server: ECS (sab/5707)
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< Vary: Accept-Encoding
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< X-Cache: HIT
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< Content-Length: 1256
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<
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<!doctype html>
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<html>
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<head>
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<title>Example Domain</title>
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<meta charset="utf-8" />
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<meta http-equiv="Content-type" content="text/html; charset=utf-8" />
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<meta name="viewport" content="width=device-width, initial-scale=1" />
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<style type="text/css">
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body {
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background-color: #f0f0f2;
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margin: 0;
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padding: 0;
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font-family: -apple-system, system-ui, BlinkMacSystemFont, "Segoe UI", "Open Sans", "Helvetica Neue", Helvetica, Arial, sans-serif;
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}
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div {
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width: 600px;
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margin: 5em auto;
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padding: 2em;
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background-color: #fdfdff;
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border-radius: 0.5em;
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box-shadow: 2px 3px 7px 2px rgba(0,0,0,0.02);
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}
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a:link, a:visited {
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color: #38488f;
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text-decoration: none;
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}
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@media (max-width: 700px) {
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div {
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margin: 0 auto;
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width: auto;
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}
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}
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</style>
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</head>
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<body>
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<div>
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<h1>Example Domain</h1>
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<p>This domain is for use in illustrative examples in documents. You may use this
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domain in literature without prior coordination or asking for permission.</p>
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<p><a href="https://www.iana.org/domains/example">More information...</a></p>
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</div>
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</body>
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</html>
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* Connection #0 to host example.com left intact
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````
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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。
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让我们来关注`<!doctype html>`之前以`<`或`>`开头的行:
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````
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> GET / HTTP/1.1
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> Host: example.com
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> User-Agent: curl/7.85.0
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> Accept: */*
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>
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< HTTP/1.1 200 OK
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< Age: 106060
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< Cache-Control: max-age=604800
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< Content-Type: text/html; charset=UTF-8
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< Date: Sat, 18 Mar 2023 06:39:37 GMT
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< Etag: "3147526947+ident"
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< Expires: Sat, 25 Mar 2023 06:39:37 GMT
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< Last-Modified: Thu, 17 Oct 2019 07:18:26 GMT
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< Server: ECS (sab/5707)
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< Vary: Accept-Encoding
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< X-Cache: HIT
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< Content-Length: 1256
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<
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````
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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:
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````
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GET / HTTP/1.1
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^^^ ~~~~~~~~~~~~ 请求方法 (Request Method)
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^ ~~~~~~~~~~ 路径(Path)
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^^^^^^^^ ~ 协议(Protocol)
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````
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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‘/’”。
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接下来这一段通常被叫作“HTTP头”:
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````
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Host: example.com
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User-Agent: curl/7.85.0
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Accept: */*
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````
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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。
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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:
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````
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````
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它标志着“HTTP请求头部”的结束。
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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。
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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:
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````
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HTTP/1.1 200 OK
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^^^^^^^^ ~~~~~~~~~~ 协议
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^^^ ~~~~~~ 状态码(Status Code)
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^^ ~~~ 状态信息
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````
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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。
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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`/`:
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````
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<!doctype html>
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<html>
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...
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````
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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。
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````
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$ telnet example.com 80
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Trying 93.184.216.34...
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Connected to example.com.
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Escape character is '^]'.
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````
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输入以下内容。就是上面HTTP请求的简化版,HTTP头只留下`Host`。
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````
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GET / HTTP/1.1
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Host: example.com
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````
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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。
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## 用词约定
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### 套接字和Socket
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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”。
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### HTTP头部、头
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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:
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````
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GET /path/to/page HTTP/1.1
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Host: example.com
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User-Agent: sample-client/1
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````
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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。
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### TCP
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本文中的TCP是Transmission Control Protocol的缩写,中文翻译是“传输控制协议”。
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## 从零开始的HTTP服务器生涯
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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。
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另外提一句,所有代码都在Fedora 37上使用Python 3.11运行。
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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:
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1. 监听网络端口,等待连接
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2. 从连接读取HTTP请求
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3. 生成HTTP响应并返回
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````python
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def main():
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pass
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if __name__ == "__main__":
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main()
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````
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### 等待客户端连接
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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。
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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:
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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)
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2. 把一个端口bind到这个Socket上(使用Socket的`bind`方法)
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3. 将这个Socket设置为监听(使用Socket的`listen`方法)
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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。
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在main里添加代码之后:
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````python
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from socket import socket, AF_INET, SOCK_STREAM # 导入我们需要的值
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def main():
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# SOCK_STREAM配合AF_INET就是在IPv4上使用TCP的意思,HTTP在TCP上传输
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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
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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
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server_port.listen() # 设置监听
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conn, addr = server_port.accept() # conn是相应连接的Socket, addr是地址
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````
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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。
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````python
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||||||
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from socket import socket, AF_INET, SOCK_STREAM
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||||||
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||||||
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def main():
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||||||
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with socket(AF_INET, SOCK_STREAM) as server_port:
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server_port.bind(("127.0.0.1", 8989))
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server_port.listen()
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conn, addr = server_port.accept()
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with conn: # 运行离开这个with代码块时,with会帮我们关闭这个Socket
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print(f"Accepted {addr}")
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conn.settimeout(8)
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while True:
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data = conn.recv(4096) # 接收最多4096 bytes的数据
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if data != b"\r\n": # 如果是一个空行(只包含CRLF换行),就退出循环
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conn.send(data)
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else:
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break
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||||||
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||||||
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if __name__ == "__main__":
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||||||
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main()
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````
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||||||
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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`)。
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````
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python server.py
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````
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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。
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````
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||||||
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$ telnet localhost 8989
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||||||
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Trying ::1...
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||||||
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telnet: connect to address ::1: Connection refused
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||||||
|
Trying 127.0.0.1...
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||||||
|
Connected to localhost.
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Escape character is '^]'.
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Hello!
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|
Hello!
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||||||
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||||||
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Connection closed by foreign host.
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````
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### 读取HTTP请求
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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)。
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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。
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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:
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````python
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def read_http_request(conn):
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pass
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def handle_http_request(conn):
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||||||
|
pass
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````
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||||||
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> 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。
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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"。
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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`。
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````python
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def read_http_request_header_string(conn: socket):
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buffer = bytearray()
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while True:
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buffer.extend(conn.recv(4096))
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||||||
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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
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if header_length != -1:
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||||||
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return buffer[:header_length]
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````
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||||||
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||||||
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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。
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||||||
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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"`。
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````python
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def read_http_request(conn: socket):
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s = read_http_request_header_string(conn).decode("ascii")
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lines = s.split("\r\n") # 按CRLF切开
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# 解析第一行
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fstline = lines[0]
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method, path, protocol = fstline.split(" ") # 按空格切开第一行
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if protocol != "HTTP/1.1":
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raise RuntimeError("unknown protocol", protocol)
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method = method.lower() # 把方法转换成小写
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# 解析头
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header = {}
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if len(lines) > 1:
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for line in lines[1:]:
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key, value = line.split(": ")
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header[key] = value
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return method, path, header
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````
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### 生成HTTP响应头部
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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:
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````python
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STATUS_MESSAGES = {
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200: "OK",
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400: "Bad Request",
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404: "Not Found",
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500: "Server Error",
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}
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def build_http_response_header(status_code, headers):
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lines = [
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f"HTTP/1.1 {status_code} {STATUS_MESSAGES[status_code]}"
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]
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for key, value in headers:
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lines.append(f"{key}: {value}")
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lines.append("") # 别忘了加空行
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lines.append("")
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return '\r\n'.join(lines).encode('ascii')
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````
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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"`。
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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"`。
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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
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````
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"A\r\nB\r\n"
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^ 新增加的空字符串
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````
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,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"`。
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### 处理HTTP请求
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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。
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````python
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def handle_http_request(conn: socket):
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try:
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method, path, headers = read_http_request(conn)
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except Exception as e:
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conn.send(build_http_response_header(400, []))
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||||||
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print(f"- - 400 {STATUS_MESSAGES[400]}")
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raise e # 把错误重新抛出,方便你看错误堆栈
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````
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||||||
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||||||
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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:
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````python
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||||||
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if method == "get" and (path == "/" or path == "/index.html"):
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headers = [
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("Charset", "UTF-8"),
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("Content-Length",str(len(DEFAULT_PAGE_HTML))),
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||||||
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("Connection", "close"),
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||||||
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]
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||||||
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conn.send(build_http_response_header(200, headers))
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||||||
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conn.send(DEFAULT_PAGE_HTML)
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||||||
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print(f"{method.upper()} {path} 200 {STATUS_MESSAGES[200]}")
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````
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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:
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````python
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||||||
|
DEFAULT_PAGE_HTML = """<!doctype html>
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<html>
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||||||
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<head>
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<meta charset="utf-8" />
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||||||
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<title>Default Page</title>
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</head>
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||||||
|
<body>
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||||||
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<h1>Hello World!</h1>
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</body>
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||||||
|
</html>""".encode("utf-8")
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````
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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。
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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。
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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。
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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。
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````python
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else:
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conn.send(build_http_response_header(404, []))
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print(f"{method.upper()} {path} 404 {STATUS_MESSAGES[404]}")
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````
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最后只要在我们的main函数使用这个`handle_http_request`就好了。
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````python
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def main():
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|
with socket(AF_INET, SOCK_STREAM) as server_port:
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|
server_port.bind(("127.0.0.1", 8989))
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||||||
|
server_port.listen()
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||||||
|
conn, addr = server_port.accept()
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|
with conn:
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conn.settimeout(8)
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handle_http_request(conn)
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````
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使用`python server.py`启动之后,使用`curl http://localhost:8989 -v`来看看效果。
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````
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$ curl http://localhost:8989 -v
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* Trying 127.0.0.1:8989...
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|
* Connected to localhost (127.0.0.1) port 8989 (#0)
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|
> GET / HTTP/1.1
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> Host: localhost:8989
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|
> User-Agent: curl/7.85.0
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|
> Accept: */*
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|
>
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* Mark bundle as not supporting multiuse
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< HTTP/1.1 200 OK
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< Charset: UTF-8
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< Content-Length: 175
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|
< Connection: close
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||||||
|
<
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||||||
|
<!doctype html>
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||||||
|
<html>
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||||||
|
<head>
|
||||||
|
<meta charset="utf-8" />
|
||||||
|
<title>Default Page</title>
|
||||||
|
</head>
|
||||||
|
<body>
|
||||||
|
<h1>Hello World!</h1>
|
||||||
|
</body>
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||||||
|
* Closing connection 0
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||||||
|
</html>⏎
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````
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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:
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````python
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|
def main():
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|
with socket(AF_INET, SOCK_STREAM) as server_port:
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||||||
|
server_port.bind(("127.0.0.1", 8989))
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||||||
|
server_port.listen()
|
||||||
|
while True:
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||||||
|
conn, addr = server_port.accept()
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||||||
|
with conn:
|
||||||
|
conn.settimeout(8)
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|
handle_http_request(conn)
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````
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|
[完整代码请见Gist](https://gist.github.com/thislight/b0aaa23f247d62bb6d78cc650732b214)
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### 使用浏览器开发者工具
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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。
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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”。
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|
![“更多工具”里存在“Web开发者工具”这一项](devtools-in-menu.png)
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另一种打开方法是按键盘上的F12。
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打开后,你就会看到开发者工具,选择“网络(Network)”页面。
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|
![“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)
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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。
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|
![“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)
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## GET和POST
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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。
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> 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”。
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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)。
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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`。
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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。
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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!"。
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### 在GET请求中接受用户输入
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我们要修改以下部分:
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- 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。
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- 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。
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- 让`DEFAULT_HTML_PAGE`的"World"可以自定义。我们在这里使用Python的`str.format`方法。
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首先,我们需要从请求中的路径取得访问路径和查询:
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````python
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def read_path(path: str): # 返回访问路径和查询
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parts = path.split("?", maxsplit=1)
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if len(parts) > 1:
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return parts[0], parts[1]
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else:
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return parts[0], ""
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||||||
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||||||
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def handle_http_request(conn: socket):
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||||||
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# ...
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||||||
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onlypath, query = read_path(path)
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if onlypath == "/" and method == "get":
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# ...
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````
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||||||
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||||||
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然后,我们需要将查询里的键值对解析成字典:
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||||||
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````python
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||||||
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def parse_query(q: str):
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pairs_str = q.split("&")
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pairs = {}
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for s in pairs_str:
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||||||
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if s: # 确保不是空字符串
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k, v = s.split("=")
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pairs[unquote_plus(k)] = unquote_plus(v)
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||||||
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return pairs
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||||||
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````
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||||||
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||||||
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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:
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||||||
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````python
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||||||
|
from urllib.parse import unquote_plus
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````
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||||||
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||||||
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我们使用这个函数将URL编码的字符串转换为普通字符串。
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||||||
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||||||
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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。
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||||||
|
````python
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||||||
|
DEFAULT_PAGE_HTML = """<!doctype html>
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||||||
|
<html>
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||||||
|
<head>
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||||||
|
<meta charset="utf-8" />
|
||||||
|
<title>Default Page</title>
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||||||
|
</head>
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||||||
|
<body>
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||||||
|
<h1>Hello {name}!</h1>
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||||||
|
</body>
|
||||||
|
</html>"""
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||||||
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````
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||||||
|
|
||||||
|
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”。
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||||||
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||||||
|
````python
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||||||
|
if onlypath == "/" and method == "get":
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||||||
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query_dict = parse_query(query) # 解析查询键值对
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||||||
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# 渲染页面
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||||||
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content = DEFAULT_PAGE_HTML.format(
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|
# 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。
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|
name=(query_dict["name"] if query_dict.get("name") else "World")
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||||||
|
).encode("utf-8")
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||||||
|
headers = [
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||||||
|
("Charset", "UTF-8"),
|
||||||
|
("Content-Length",str(len(content))), # 主体长度等于实际内容长度
|
||||||
|
("Connection", "close"),
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||||||
|
]
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||||||
|
conn.send(build_http_response_header(200, headers))
|
||||||
|
conn.send(content) # 发送渲染出来的页面
|
||||||
|
# ...
|
||||||
|
````
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||||||
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||||||
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启动你的服务器。用`curl http://localhost:8989?name=HTTP -v`试试。
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````
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||||||
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$ curl http://localhost:8989?name=HTTP -v
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||||||
|
* Trying 127.0.0.1:8989...
|
||||||
|
* Connected to localhost (127.0.0.1) port 8989 (#0)
|
||||||
|
> GET /?name=HTTP HTTP/1.1
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||||||
|
> 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>⏎
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||||||
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````
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||||||
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||||||
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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。
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修改一下模板,就可以直接在网页里面使用这个参数了。
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|
````python
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||||||
|
DEFAULT_PAGE_HTML = """<!doctype html>
|
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|
<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>"""
|
||||||
|
````
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HTML不在本文范围,敬请参阅MDN Web Docs相关页面。
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[完整代码请见Gist](https://gist.github.com/thislight/d32a565609ee1f2379fc9b3af1d87012)
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### HTTP POST
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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?
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- 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。
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- 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。
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- 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。
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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。
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> 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(因为这样做很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。
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> 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。
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> 我们接下来就是采用类似方法。
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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)。
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先添加一个全局变量:
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````python
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global default_name
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default_name = "World"
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````
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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。
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````python
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def read_http_request_header_string(conn: socket):
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buffer = bytearray()
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while True:
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buffer.extend(conn.recv(4096))
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|
header_length = buffer.find(b"\r\n\r\n")
|
||||||
|
if header_length != -1:
|
||||||
|
return buffer[:header_length], buffer[header_length+4:]
|
||||||
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|
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def read_http_request(conn: socket):
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s, rest = read_http_request_header_string(conn)
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s = s.decode("ascii")
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lines = s.split("\r\n")
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# 解析第一行
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fstline = lines[0]
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method, path, protocol = fstline.split(" ")
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if protocol != "HTTP/1.1":
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raise RuntimeError("unknown protocol", protocol)
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method = method.lower()
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# 解析头
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header = {}
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if len(lines) > 1:
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for line in lines[1:]:
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key, value = line.split(": ")
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header[key] = value
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return method, path, header, rest
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||||||
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def read_http_request_body(conn: socket, length: int, buffer: bytearray):
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while len(buffer) < length:
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buffer.extend(conn.recv(4096))
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return buffer[:length]
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````
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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:
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````python
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def handle_http_request(conn: socket):
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global default_name
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try:
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method, path, headers, rest = read_http_request(conn)
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if "Content-Length" in headers:
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body = read_http_request_body(conn, int(headers["Content-Length"]), rest)
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# 我们在这只支持Content-Length,不支持Transfer-Encoding: chunked
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else:
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body = bytearray()
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except Exception as e:
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conn.send(build_http_response_header(400, []))
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print(f"- - 400 {STATUS_MESSAGES[400]}")
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raise e
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# ...
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````
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接下来我们要改动检查路径和方法的代码:
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````python
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onlypath, query = read_path(path)
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if onlypath == "/":
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if method == "get":
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query_dict = parse_query(query)
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# 渲染页面
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content = DEFAULT_PAGE_HTML.format(
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name=(query_dict["name"] if query_dict.get("name") else default_name)
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# 这里引用全局变量default_name的值,而不是硬编码"World"
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).encode("utf-8")
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headers = [
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("Charset", "UTF-8"),
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("Content-Length",str(len(content))),
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("Connection", "close"),
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]
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conn.send(build_http_response_header(200, headers))
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conn.send(content)
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print(f"{method.upper()} {path} 200 {STATUS_MESSAGES[200]}")
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return # 响应完成,直接返回
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elif method == "post": # 处理POST请求
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form_data_s = body.decode("utf-8")
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form_dict = parse_query(form_data_s)
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if form_dict.get("default_name"):
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default_name = form_dict["default_name"]
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conn.send(build_http_response_header(303, [
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("Connection", "close"),
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("Location", "."),
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])) # 让浏览器重新用GET请求并展示当前页面,Location是“.”
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print(f"{method.upper()} {path} 303 {STATUS_MESSAGES[303]}")
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return # 响应完成,直接返回
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||||||
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conn.send(build_http_response_header(404, [])) # 没有匹配的路径或者方法,返回404
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print(f"{method.upper()} {path} 404 {STATUS_MESSAGES[404]}")
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````
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最后,改动一下模板,这样我们就可以直接使用这个参数了:
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````python
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DEFAULT_PAGE_HTML = """<!doctype html>
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<html>
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<head>
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<meta charset="utf-8" />
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<title>Default Page</title>
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</head>
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<body>
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<h1>Hello {name}!</h1>
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<form method="GET">
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<input name="name"/>
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<button type="submit">Submit</button>
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</form>
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<h2>Default Name</h2>
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<form method="POST">
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||||||
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<input name="default_name" />
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|
<button type="submit">Submit</button>
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</form>
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</body>
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</html>"""
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````
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[完整代码请见Gist](https://gist.github.com/thislight/b69161000e5ea2904057a49f16b5ac8b)
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### 再进一步
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我们的代码尚不完善,你可以试试按以下方向改进。
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#### 处理并发连接
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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。
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参考资料:
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- [Python文档:threading模块](https://docs.python.org/zh-cn/3/library/threading.html#module-threading)
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- [Python文档:asyncio](https://docs.python.org/zh-cn/3/library/asyncio.html#module-asyncio)
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#### 连接复用
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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。
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参考资料:
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- [MDN Web Docs:HTTP Keep-Alive](https://developer.mozilla.org/en-US/docs/Web/HTTP/Headers/Keep-Alive)
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- [MDB Web Docs:HTTP Connection](https://developer.mozilla.org/en-US/docs/Web/HTTP/Headers/Connection)
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#### 增强兼容性
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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。
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参考资料:
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- [MDN Web Docs: HTTP Transfer-Encoding](https://developer.mozilla.org/en-US/docs/Web/HTTP/Headers/Transfer-Encoding)
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#### 包装和抽象
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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:
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````python
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from mymodule import MyServer
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def handle_index(request):
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return request.ok(template="index.html")
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if __name__ == "__main__":
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server = MyServer({
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"/": handle_index
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})
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server.run()
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````
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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。
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#### 支持Cookie
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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。设计一个需要使用Cookie的功能,并在我们的HTTP服务器中实现它。
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参考资料:
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- [MDN Web Docs:Using HTTP cookies](https://developer.mozilla.org/en-US/docs/Web/HTTP/Cookies)
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## 常见HTTP状态码和头简介
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我们已经明白了HTTP请求-响应的大致框架,接下来我们要往里面补充一些内容。这里简单列出一些常见HTTP状态码和HTTP头。
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要进一步了解HTTP的详细信息,可以访问[MDN Web Docs上的HTTP页面](https://developer.mozilla.org/en-US/docs/Web/HTTP)。
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### 常见HTTP状态码
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HTTP状态码按信息类别组织:
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- `1XX` 继续
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- `2XX` 成功
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- `3XX` 跳转
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- `4XX` 客户端错误
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- `5XX` 服务器错误
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比较常见的状态码:
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- `200 OK` 请求成功
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- `204 No Content` 请求成功,但是没有响应主体
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- `303 See Other` 要求客户端以GET请求访问`Location`头中的地址,这个跳转是暂时的
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- `304 Not Modified` 资源没有改变,这个跟条件请求(Conditional Requests)和HTTP缓存相关。
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- `400 Bad Request` 请求有错误
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- `401 Unauthorized` 未验证的请求
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- `403 Forbidden` 请求被服务器拒绝
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- `404 Not Found` 找不到资源
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- `500 Internal Server Error` 内部服务器错误
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- `504 Gateway Timeout` 网关超时
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### `Content-Length`和`Transfer-Encoding: chunked`
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我们在前面已经了解到`Content-Length`的值是主体长度,接收者可以利用这个主体长度读取主体。HTTP同样也提供了在主体长度不确定时的传输方法,要使用这个传输方法,将头`Transfer-Encoding`的值设置为`chunked`。指定这个传输方法时不再需要设置`Content-Length`。
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顾名思义,这种方法是“按块传输”,主体可以包含一个或多个块。每个块以十六进制的块大小开头,加上`\r\n`,再加上块内容。发送结束时,发送一个大小为0的块来标识发送已结束。
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### `Host`
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这个头用于给服务器提供访问的域名。 所有请求都应该带上这个头。
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### `User-Agent`
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代理用户访问网站的客户端就叫做"User Agent",用户代理。这个头可以给服务器提供客户端信息,但是正在被逐步淘汰,取而代之的是Client Hint标准。
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### `Accept`
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客户端可以接受的数据类型。
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### `Accept-Encoding`
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客户端可以接受的数据编码,通常是压缩编码。
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### `Accept-Language`
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客户端偏好的语言。
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### `Location`
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在一些状态码中标识下一个目标的位置。
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## 从HTTP/1.1到HTTP/3
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本文之前内容主要基于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。
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敬请阅读:[Web.dev: Introduction to HTTP/2](https://web.dev/performance-http2/)。
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敬请阅读:[Couldflare: What is HTTP/3?](https://www.cloudflare.com/learning/performance/what-is-http3/)。
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## 参考资料和扩展阅读
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- [MDN Web Docs: HTTP](https://developer.mozilla.org/en-US/docs/Web/HTTP)
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- [Python Docs: socket](https://docs.python.org/zh-cn/3/library/socket.html)
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- [Wikipedia: URL encoding](https://en.wikipedia.org/wiki/URL_encoding)
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- [Wikipedia: Telnet](https://en.wikipedia.org/wiki/Telnet)
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### HTTP有关的内容太多了,我记不住
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你不需要记住全部内容,只要大概看看知道能这么做就可以了。人类记忆过程中,忘记是一个正常阶段,不清楚的地方直接查资料就可以了。理论物理学家也不需要记得光在真空中传播的速度。
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BIN
source/_drafts/http101/devtools-in-menu.png
(Stored with Git LFS)
Normal file
BIN
source/_drafts/http101/devtools-in-menu.png
(Stored with Git LFS)
Normal file
Binary file not shown.
BIN
source/_drafts/http101/devtools-inspect-request.png
(Stored with Git LFS)
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source/_drafts/http101/devtools-inspect-request.png
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