2022年2022年简单Web服务器设计与实现 .pdf
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1、简单 Web 服务器设计与实现摘要WWW 的工作基于客户机/服务器计算模型,由 Web 浏览器(客户机)和 Web 服务器(服务器)构成,两者之间采用超文本传送协议(HTTP)进行通信,HTTP 协议的作用原理包括四个步骤:连接,请求,应答,关闭应答。在课程设计中,系统开发平台为Win7,程序设计语言采用Java,程序运行平台为Eclipse。在程序设计中,采用了结构化与面向对象两种解决问题的方法。程序通过调试运行,初步实现了设计目标,并且经过适当完善后,将可以应用在商业中解决实际问题。关键词计算模型;Java;HTTP;Web服务器名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 1 页,共
2、 31 页 -1 前言Internet是目前世界上最大的计算机互联网络,与大家的生活、学习、工作有着越来越密切的关系,它遍布全球,将世界各地各种规模的网络连接成一个整体,其用户群十分庞大,因此,建设一个好的Web站点对于一个机构的发展十分重要。近年来,随着网络用户要求的不断提高及计算机科学的迅速发展,特别是数据库技术在 Internet中的广泛应用,Web站点向用户提供的服务将越来越丰富,越来越人性化。本课程设计主要解决由Web 浏览器(客户机)和 Web服务器(服务器)构成,两者之间采用超文本传送协议(HTTP)进行通信的 Web服务器的程序设计。1.1 课程设计前准备以下的工作均是建立在大
3、量的调查基础上的,是Web服务器开发前期准备工作所解决的问题。(1)Java简介Java是由 sun公司开发的一种新型的面向对象的程序设计语言,主要用于web 页面的设计1。Java语言的流行除了因为它能够编制嵌入HTML 文件中的 Applet 外,还在于 Java语言本身的面向对象、简单、平台无关性、安全性、多线程等特点。Java语言的发展颇具传奇性,它与Internet 的 WWW 的迅猛发展是分不开的。由于其发展迅速,有人将它比喻为Internet上的世界语。前面讲到在Internet上 Web页面的设计采用的是 HTML 语言,用户借助于Web浏览器(如 Netscape,HotJa
4、va,IE 等),可以访问到远程 web 服务器上静态的、具有超链接的Web页面2。(2)HTTP 协议简介HTTP 协议是应用层的协议,定义了服务器端和客户端之间文件传输的沟通方式。HTTP 协议用于从 WWW 服务器传输超文本到本地浏览器的传送协议。由于HTTP 协议支持的服务不限于WWW,还可以是其它服务,它允许用户在统一的界面下,采用不同的协议访问不同的服务。它可以使浏览器更加高效,使网络传输减少。它不仅保证计算机正确快速地传输超文本文档,还确定传输文档中的哪一部分,以及哪部分内容首先显示等3。1.2 课程设计的内容名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 2 页,共 31 页
5、 -(1)熟悉 WWW 服务器和 WEB 服务器的工作原理;(2)熟悉套接字编程的相关知识;(3)完成一个简单的WEB 服务器的设计与实现,要求能够通过HTTP GET 命令获得一个简单的 HTML 文件;(4)运行该服务器,并编写一个简单的HTML 文件完成测试。1.3 课程设计要求(1)按要求编写课程设计报告书,能正确阐述设计结果。(2)通过课程设计培养学生严谨的科学态度,认真的工作作风和团队协作。(3)学会文献检索的基本方法和综合运用文献的能力。(4)在老师的指导下,要求每个学生独立完成课程设计的全部内容。1.4 课程设计平台Windows7 系统;Eclipse 软件平台2 Web 服
6、务器的工作原理名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 3 页,共 31 页 -2.1 HTTP 协议的作用原理WWW 是以 Internet 作为传输媒介的一个应用系统,WWW 网上最基本的传输单位是 Web 网页。WWW 的工作基于客户机/服务器计算模型,由Web 浏览器(客户机)和Web服务器(服务器)构成,两者之间采用超文本传送协议(HTTP)进行通信。HTTP 协议是基于 TCP/IP 协议之上的协议,是 Web浏览器和 Web 服务器之间的应用层协议,是通用的、无状态的、面向对象的协议。HTTP 协议的作用原理包括四个步骤:连接,请求,应答,关闭应答。wsHTTP 协议的作
7、用原理包括四个步骤:(1)连接:Web 浏览器与 Web 服务器建立连接,打开一个称为socket(套接字)的虚拟文件,此文件的建立标志着连接建立成功。(2)请求:Web 浏览器通过 socket 向 Web 服务器提交请求。HTTP 的请求一般是GET 或 POST 命令(POST用于 FORM 参数的传递)。GET 命令的格式为:GET 路径/文件名 HTTP/1.0 文件名指出所访问的文件,HTTP/1.0 指出 Web 浏览器使用的HTTP版本。(3)应答:Web浏览器提交请求后,通过HTTP 协议传送给 Web 服务器。Web服务器接到后,进行事务处理,处理结果又通过HTTP 传回给
8、 Web 浏览器,从而在 Web 浏览器上显示出所请求的页面。例:假设客户机与 :8080/mydir/index.html 建立了连接,就会发送 GET命令:GET/mydir/index.html HTTP/1.0。主机名为http:/ 服务器从它的文档空间中搜索子目录mydir 的文件 index.html。如果找到该文件,Web服务器把该文件内容传送给相应的Web浏览器。为了告知Web 浏览器传送内容的类型,Web 服务器首先传送一些HTTP 头信息,然后传送具体内容(即 HTTP 体信息),HTTP 头信息和 HTTP 体信息之间用一个空行分开。(4)关闭连接:当应答结束后,Web
9、浏览器与Web 服务器必须断开,以保证其它Web浏览器能够与 Web服务器建立连接。2.2 Java开发语言相关知识与技术Java主要技术有:多线程,I/O 流操作,网络编程。2.2.1 java 中的多线程及实现:名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 4 页,共 31 页 -Java 是面向对象的程序语言,用Java 进行程序设计就是设计和使用类,Java 为我们提供了线程类 Thread来创建线程,创建线程与创建普通的类的对象的操作是一样的,而线程就是 Thread类或其子类的实例对象。下面是一个创建启动一个线程的语句:Thread thread1=new Thread();f
10、ile:/声明一个对象实例,即创建一个线程;Thread1.run();file:/用 Thread类中的 run()方法启动线程;从这个例子,我们可以通过Thread()构造方法创建一个线程,并启动该线程。事实上,启动线程,也就是启动线程的run()方法,而 Thread类中的 run()方法没有任何操作语句,所以这个线程没有任何操作。要使线程实现预定功能,必须定义自己的 run()方法。Java中通常有两种方式定义run()方法:通过定义一个 Thread类的子类,在该子类中重写run()方法。Thread子类的实例对象就是一个线程,显然,该线程有我们自己设计的线程体run()方法,启动线
11、程就启动了子类中重写的 run()方法。通过 Runnable 接口,在该接口中定义run()方法的接口。所谓接口跟类非常类似,主要用来实现特殊功能,如复杂关系的多重继承功能。线程被实际创建后处于待命状态,激活(启动)线程就是启动线程的run()方法,这是通过调用线程的start()方法来实现的。线程状态:1)New 当线程对象被创建时,处于该状态。2)Runnable:就绪状态,线程满足运行的所有条件但没有正在运行的线程位于该状态,有以下几种情况:a.处于 New 状态的线程执行start()。b.处于 Running 状态的线程失去 CPU。c.处于 Otherwise Block 状态的
12、线程阻塞解除。d.处于 Lock Block 状态的线程阻塞解除。3)Running:运行状态处于运行状态的线程可能发生以下几种情况:a.线程运行结束,进入Dead状态。b.CPU 被分配给其它线程,进入Runnable状态。c.满足 Otherwise Block 的条件,进入 Otherwise Block 状态。d.由于锁的原因无法执行,进入Lock Block 状态。名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 5 页,共 31 页 -e.由于等待的原因无法执行,进入Wait Block 状态。4)Dead:死亡状态线程运行结束,对于主线程main()结束,对于普通用户线程run(
13、)结束。5)Otherwise Block:阻塞状态,阻塞解除后进入Runnable状态a.调用 sleep(),阻塞解除条件为阻塞时间满。b.调用 join(),阻塞解除条件为调用join()的线程执行结束。注意:线程进入该状态不会释放锁。6)Lock Block:锁阻塞状态,阻塞解除后进入Runnable状态由于无法获得需要的锁而阻塞地线程进入该状态,阻塞解除条件为获得所需的锁。7)Wait Block:等待阻塞状态,阻塞解除后进入Lock Block 状态由于某个资源的原因必须进行等待,则进入该状态。阻塞解除条件为其它线程调用该资源的notify()或 notifyAll()。下面一个例
14、子实践了如何通过上述两种方法创建线程并启动它们:/通过 Thread类的子类创建的线程;class thread1 extends Thread file:/自定义线程的 run()方法;public void run()System.out.println(Thread1 is running);file:/通过 Runnable接口创建的另外一个线程;class thread2 implements Runnable file:/自定义线程的 run()方法;public void run()System.out.println(Thread2 is running);file:/程序的主
15、类 class Multi_Thread file:/声明主类;名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 6 页,共 31 页 -plubic static void mail(String args)file:/声明主方法;thread1 threadone=new thread1();file:/用 Thread类的子类创建线程;Thread threadtwo=new Thread(new thread2();file:/用 Runnable接口类的对象创建线程;threadone.start();threadtwo.start();file:/strat()方法启动线程;运行该
16、程序就可以看出,线程 threadone和 threadtwo交替占用 CPU,处于并行运行状态。可以看出,启动线程的 run()方法是通过调用线程的start()方法来实现的(见上例中主类),调用 start()方法启动线程的run()方法不同于一般的调用方法,调用一般方法时,必须等到一般方法执行完毕才能够返回start()方法,而启动线程的run()方法后,start()告诉系统该线程准备就绪可以启动run()方法后,就返回start()方法执行调用start()方法语句下面的语句,这时run()方法可能还在运行,这样,线程的启动和运行并行进行,实现了多任务操作。2.2.2 IO 字节流操
17、作1)Java 中使用流的方式处理数据,基本的处理类为InputStream(字节读入流)和OutputStream(字节输出流)。2)可以使用各种过滤流对流数据进行过滤,实现各种附加功能。3)对字节流进行转换和包装可以获得字符流,字符流的基本处理流为Reader(字符读入流)和 Writer(字符输出流)。a.字节流:InputStream:int read()读入流中的一个字节并返回,数据存放在 int 的低 8 位中;int read(byte)读入流中的若干个字节,存放在byte 中,返回读入字节的数量;int read(byte,int,int)读入流中的若干个字节,存放在byte中
18、从第一个 int 参数开始(索引),最大长度为第二个int 参数的区间内。OutputStream:flush()将输出缓冲区中的信息写到真正的输出设备。调用方法:输出缓冲区满:自动调用;调用 close()时先调用 flush():自动调用;名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 7 页,共 31 页 -手动调用 flush()最常见的情况是产生异常时,虽然在 finally 中会对流执行 close(),但在异常条件下,close()能保证对流的关闭,但在调用flush()时会有漏洞。b.字符流:优点:操作文本数据时比较直观,读入和写出都以char为基本单位。缺点:底层依然以字节
19、流方式操作,所以在任何情况下都必须有转换的过程,效率相对较低。操作二进制数据时会存在编码问题,一般不使用字符流操作二进制数据。InputStreamReader:将字节读入流转为字符读入流。InputStreamReader(InputStream):使用默认字符集(取决的 JVM)将 InpustStream转为InputStreamReader。InputStreamReader(InputStream,String):使用 String 指定的字符集将 InputStream转为 InputStreamReader。OutputStreamWriter:将字符输出流转为字节输出流。Out
20、putStreamWriter(OutputStream):使 用 默 认 字 符 集(取 决 于JVM)将OutputStreamWriter转为 OutputStream。OutputStreamWriter(OutputStream,String):使 用String指 定 的 字 符 集 将OutputStreamWriter转为 OutputStream。BufferedReader:提供缓冲;readLine()。BufferedWriter:提供缓冲。PrintWriter:提供缓冲;print()、println()等方法。注意:在开发中,一般使用BufferedReader和
21、 PrintWriter 结合使用完成对字符流的过滤。2.2.3 网络架构:1)C/S 网络架构客户端/服务器架构,通常情况下,数据存储在服务器端,客户端和服务器端都有一个独立的应用程序,可以进行独立的操作,通过网络进行数据传输。常用的传输协议包括:TCP/IP:基于连接的协议优点:由于是有连接的传输,对于数据的准确性是有保证的。缺点:系统资源占用较多。UDP/IP:无连接的协议(数据报)名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 8 页,共 31 页 -优点:系统资源占用少。缺点:无法保证传输的准确性。用途:a.对于数据少量丢失可以接受的应用。b.存在足够数据冗余的应用。2)B/S 网
22、络架构浏览器/服务器架构,在服务器端完成几乎所有的功能(包括数据存储),客户端的浏览器只完成和服务器交互和显示服务器传输的信息的功能。常用的传输协议包括:http:超文本传输协议。https:支持多种加密操作的超文本传输协议。优点:客户端不需要安装任何附加软件,同时整个应用的升级也相对简单。IP:通过 IP Address和 Port(端口)定位具体的应用;Port 的有效范围是 065535,通常在开发应用时应避免使用1000 以下的端口,1000 以下有很多端口被常用应用占用。IP Address在 JDK5.0 中支持 4 位或 6 位两种方式,现在 4 位的占据主导地位,但将来会逐渐过
23、渡到 6 位 IP 地址的模式。TCP/IP 协议的实现:a.ServerSocket类:服务器端使用,用于监听客户端的请求。b.Socket类:服务器端和客户端使用,用于完成具体通信的所有功能。UDP/IP 协议的实现:a.DatagramSocket类:服务器端和客户端使用,用于实现通信的基本功能。b.DatagramPacket类:服务器端和客户端使用,用于封装通信的内容信息。3 开发环境及套字接编程3.1 Web服务器的开发环境该课程设计是基于Java编程语言的设计的 Web 服务器,开发环境是Eclipse 软件和Java Swing。(1)Eclipse 简介Eclipse 是一个
24、开放源代码的、基于Java 的可扩展开发平台。就其本身而言,它名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 9 页,共 31 页 -只是一个框架和一组服务,用于通过插件和组件构建开发环境。Eclipse 附带了一个标准的插件集,包括Java 开发工具。Eclipse 采用的技术是IBM 公司开发的(SWT),这是一种基于 Java的窗口组件,类似 Java本身提供的 AWT 和 Swing 窗口组件,Eclipse的插件机制是轻型软件组件化架构。在富客户机平台上,Eclipse 使用插件来提供所有的附加功能4。(2)Java Swing概述Swing 是不对等基于 GUI 工具箱的正式名字
25、,它是Java基础类库的一部分。完整的 JFC十分庞大,其中包含的内容远远大于Swing GUI 工具箱。JFC特性不仅仅包含了 Swing 组件,而且还包含了一个可访问的API、一个 2D API 和一个可拖拽的 API。Swing 拥有一个丰富、便捷的用户界面元素集合,对底层平台依赖的很少,因此与平台相关的 bug很少。Swing 给予不同平台的用户一致的感官效果5。3.2 Web服务器的套接字编程Java提供了一个ServerSocket类,程序员可以很方便地用它编写服务器程序。服务器套接字的基本功能类似于坐在电话机旁边等待呼叫到来。从技术上讲,ServerSocket运行在服务器上并监
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