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thislight 2024-10-03 15:00:34 +08:00
parent a2fce25e61
commit 05ca30e1ef
No known key found for this signature in database
GPG key ID: A50F9451AC56A63E
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980
source/_drafts/http101.md Normal file
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@ -0,0 +1,980 @@
---
title: 超文本传输协议（HTTP）快速入门
date: 2023-03-21
tags:
- 网络
---
- 请求一个页面
- 用词约定
- 从零开始的HTTP服务器生涯
- GET和POST
- 常见HTTP状态码和头简介
- 从HTTP/1.1到HTTP/3
- 参考资料和扩展阅读
- FAQ
<!--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运行。
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。
> 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。
参考资料：
- [MDN Web Docs： HTTP Transfer-Encoding](https://developer.mozilla.org/en-US/docs/Web/HTTP/Headers/Transfer-Encoding)
#### 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。设计一个需要使用Cookie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)
## 常见HTTP状态码和头简介
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。
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)。
### 常见HTTP状态码
HTTP状态码按信息类别组织：
- `1XX` 继续
- `2XX` 成功
- `3XX` 跳转
- `4XX` 客户端错误
- `5XX` 服务器错误
比较常见的状态码：
- `200 OK` 请求成功
- `204 No Content` 请求成功，但是没有响应主体
- `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
- `304 Not Modified` 资源没有改变，这个跟条件请求（Conditional Requests）和HTTP缓存相关。
- `400 Bad Request` 请求有错误
- `401 Unauthorized` 未验证的请求
- `403 Forbidden` 请求被服务器拒绝
- `404 Not Found` 找不到资源
- `500 Internal Server Error` 内部服务器错误
- `504 Gateway Timeout` 网关超时
### `Content-Length`和`Transfer-Encoding: chunked`
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`。
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。
### `Host`
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。
### `User-Agent`
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。
### `Accept`
客户端可以接受的数据类型。
### `Accept-Encoding`
客户端可以接受的数据编码，通常是压缩编码。
### `Accept-Language`
客户端偏好的语言。
### `Location`
在一些状态码中标识下一个目标的位置。
## 从HTTP/1.1到HTTP/3
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。
敬请阅读：[Web.dev: Introduction to HTTP/2](https://web.dev/performance-http2/)。
敬请阅读：[Couldflare: What is HTTP/3?](https://www.cloudflare.com/learning/performance/what-is-http3/)。
## 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)
### HTTP有关的内容太多了，我记不住
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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