【Linux】39.一个基础的HTTP Web服务器

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1. 实现一个基础的HTTP Web服务器

1.1 功能实现：

1. 总体功能：

   • 提供Web服务，响应客户端（浏览器）的HTTP请求

   • 支持静态文件服务（如HTML、图片等）

   • 多线程处理并发请求

   • 带日志记录功能

2. 具体工作流程：

浏览器 → 发送HTTP请求 → 服务器↓解析请求↓查找文件↓返回响应↓
浏览器 ← 显示页面 ← 服务器

3. 各模块职责：

日志记录器(Log.hpp)

• 记录服务器运行状态
• 错误追踪和调试

网页服务器(HttpServer.hpp)

• 解析HTTP请求
• 处理静态文件
• 生成HTTP响应
• 多线程处理请求

网络通信器(Socket.hpp)

• 处理底层网络通信
• 管理TCP连接

服务器启动器(HttpServer.cc)

• 程序入口
• 初始化和启动服务

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1.2 Log.hpp-日志记录器

Log.hpp

#pragma once  // 防止头文件重复包含// 系统头文件包含
#include <iostream>     // 标准输入输出
#include <time.h>       // 时间相关函数
#include <stdarg.h>     // 可变参数处理
#include <sys/types.h>  // 基本系统数据类型
#include <sys/stat.h>   // 文件状态
#include <fcntl.h>      // 文件控制选项
#include <unistd.h>     // UNIX标准函数
#include <stdlib.h>     // 标准库函数// 基础配置宏定义
#define SIZE 1024      // 缓冲区大小
#define LogFile "log.txt"  // 默认日志文件名// 日志级别定义（按严重程度递增）
#define Info 0      // 普通信息：记录系统正常操作信息
#define Debug 1     // 调试信息：记录调试相关信息
#define Warning 2   // 警告信息：记录潜在问题
#define Error 3     // 错误信息：记录错误但不影响系统运行
#define Fatal 4     // 致命错误：记录导致系统崩溃的错误// 日志输出方式定义
#define Screen 1     // 输出到屏幕：直接显示在终端
#define Onefile 2    // 输出到单个文件：所有日志记录到同一个文件
#define Classfile 3  // 分类输出：根据日志级别输出到不同文件class Log {
private:int printMethod;      // 日志输出方式std::string path;     // 日志文件存储路径public:// 构造函数：初始化日志系统Log() {printMethod = Screen;  // 默认输出到屏幕path = "./log/";       // 默认日志目录}// 设置日志输出方式void Enable(int method) {printMethod = method;}// 将日志级别转换为对应的字符串std::string levelToString(int level) {switch (level) {case Info:    return "Info";case Debug:   return "Debug";case Warning: return "Warning";case Error:   return "Error";case Fatal:   return "Fatal";default:      return "None";}}// 根据设置的输出方式打印日志void printLog(int level, const std::string &logtxt) {switch (printMethod) {case Screen:    // 输出到屏幕std::cout << logtxt << std::endl;break;case Onefile:   // 输出到单个文件printOneFile(LogFile, logtxt);break;case Classfile: // 根据日志级别输出到不同文件printClassFile(level, logtxt);break;}}// 将日志输出到指定文件void printOneFile(const std::string &logname, const std::string &logtxt) {std::string _logname = path + logname;// 以追加方式打开文件，如果不存在则创建int fd = open(_logname.c_str(), O_WRONLY | O_CREAT | O_APPEND, 0666);if (fd < 0) return;  // 打开失败则直接返回write(fd, logtxt.c_str(), logtxt.size());  // 写入日志内容close(fd);  // 关闭文件描述符}// 根据日志级别将日志输出到不同文件void printClassFile(int level, const std::string &logtxt) {std::string filename = LogFile;filename += ".";filename += levelToString(level);  // 构造文件名，如"log.txt.Debug"printOneFile(filename, logtxt);}// 重载函数调用运算符，实现日志记录的核心功能void operator()(int level, const char *format, ...) {// 1. 获取当前时间time_t t = time(nullptr);struct tm *ctime = localtime(&t);// 2. 格式化日志头部（时间和级别信息）char leftbuffer[SIZE];snprintf(leftbuffer, sizeof(leftbuffer), "[%s][%d-%d-%d %d:%d:%d]", levelToString(level).c_str(),ctime->tm_year + 1900, ctime->tm_mon + 1, ctime->tm_mday,ctime->tm_hour, ctime->tm_min, ctime->tm_sec);// 3. 处理可变参数，格式化日志内容va_list s;va_start(s, format);char rightbuffer[SIZE];vsnprintf(rightbuffer, sizeof(rightbuffer), format, s);va_end(s);// 4. 组合完整的日志消息char logtxt[SIZE * 2];snprintf(logtxt, sizeof(logtxt), "%s %s", leftbuffer, rightbuffer);// 5. 输出日志printLog(level, logtxt);}
};// 创建全局日志对象，方便在程序各处使用
Log lg;/* 示例用法：
int main() {lg.Enable(Screen);  // 设置输出到屏幕lg(Info, "Server started on port %d", 8080);lg(Error, "Failed to connect to %s", "database");return 0;
}
*/

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1.3 HttpServer.hpp-网页服务器

HttpServer.hpp

功能：

• HTTP请求处理
• 多线程服务
• 静态文件响应
• Cookie支持
• 错误页面处理

#pragma once  // 防止头文件重复包含// 基础库和系统库引入
#include <iostream>     // 标准输入输出
#include <string>       // 字符串处理
#include <pthread.h>    // POSIX线程库
#include <fstream>      // 文件流操作
#include <vector>       // 动态数组
#include <sstream>      // 字符串流
#include <sys/types.h>  // 基本系统数据类型
#include <sys/socket.h> // Socket通信
#include <unordered_map> // 哈希表// 自定义头文件
#include "Socket.hpp"   // Socket封装类
#include "Log.hpp"      // 日志系统// 全局常量定义
const std::string wwwroot="./wwwroot"; // web服务器根目录
const std::string sep = "\r\n";        // HTTP消息分隔符
const std::string homepage = "index.html"; // 默认主页static const int defaultport = 8082;    // 默认端口号class HttpServer;  // 前向声明// 线程数据结构：存储每个线程处理的连接信息
class ThreadData
{
public:ThreadData(int fd, HttpServer *s) : sockfd(fd), svr(s) {}public:int sockfd;         // 客户端连接的socket描述符HttpServer *svr;    // HTTP服务器对象指针
};// HTTP请求解析类
class HttpRequest
{
public:// 反序列化HTTP请求void Deserialize(std::string req) {while(true){std::size_t pos = req.find(sep);if(pos == std::string::npos) break;std::string temp = req.substr(0, pos);if(temp.empty()) break;req_header.push_back(temp);    // 保存请求头req.erase(0, pos+sep.size());  // 移除已处理部分}text = req;  // 保存请求体}// 解析HTTP请求，处理URL和文件路径void Parse(){// 解析请求行（方法、URL、HTTP版本）std::stringstream ss(req_header[0]);ss >> method >> url >> http_version;// 构建文件路径file_path = wwwroot;  if(url == "/" || url == "/index.html") {file_path += "/";file_path += homepage;  // 处理默认主页}else file_path += url;     // 其他页面// 获取文件后缀auto pos = file_path.rfind(".");if(pos == std::string::npos) suffix = ".html";else suffix = file_path.substr(pos);}// 调试打印函数void DebugPrint(){// 输出请求信息用于调试for(auto &line : req_header){std::cout << "--------------------------------" << std::endl;std::cout << line << "\n\n";}std::cout << "method: " << method << std::endl;std::cout << "url: " << url << std::endl;std::cout << "http_version: " << http_version << std::endl;std::cout << "file_path: " << file_path << std::endl;std::cout << text << std::endl;}public:std::vector<std::string> req_header;  // 请求头部std::string text;                     // 请求正文// 解析后的请求信息std::string method;       // 请求方法（GET、POST等）std::string url;         // 请求URLstd::string http_version; // HTTP协议版本std::string file_path;   // 请求文件路径std::string suffix;      // 文件后缀
};// HTTP服务器类
class HttpServer
{
public:// 构造函数：初始化端口和支持的内容类型HttpServer(uint16_t port = defaultport) : port_(port){content_type.insert({".html", "text/html"});content_type.insert({".png", "image/png"});}// 启动服务器bool Start(){// 初始化Socket// 1. 创建Socketlistensock_.Socket();/* 这一步完成以下操作：a) 调用系统函数 socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0) 创建TCP Socket- AF_INET: 使用IPv4协议族- SOCK_STREAM: 使用TCP协议- 0: 使用默认协议b) 设置Socket选项- SO_REUSEADDR: 允许地址重用，避免服务器重启时的"地址已被使用"错误*/// 2. 绑定端口listensock_.Bind(port_);/* 这一步完成以下操作：a) 创建sockaddr_in结构体，设置：- sin_family = AF_INET (IPv4)- sin_port = htons(port_) (设置端口号，转换为网络字节序)- sin_addr.s_addr = INADDR_ANY (监听所有网卡接口)b) 调用bind()函数将Socket与地址绑定- 如果端口已被占用或权限不足，会失败*/// 3. 开始监听listensock_.Listen();/* 这一步完成以下操作：a) 调用listen()函数，将Socket转换为监听状态- backlog参数设置为10，表示等待连接队列的最大长度- 超过此长度的新连接请求会被拒绝b) 此后Socket就能接受客户端连接请求- 服务器调用Accept()接受新的连接*/// 主循环：接受并处理连接for (;;){// 准备变量存储客户端信息std::string clientip;    // 将存储客户端的IP地址uint16_t clientport;     // 将存储客户端的端口号// 接受新的客户端连接int sockfd = listensock_.Accept(&clientip, &clientport);/* Accept函数做了这些事：1. 等待客户端连接2. 获取客户端的IP和端口3. 返回新的socket描述符用于与该客户端通信*/// 连接失败则继续等待下一个连接if (sockfd < 0) continue;// 记录新连接日志lg(Info, "get a new connect, sockfd: %d", sockfd);// 创建新线程处理请求// 1. 声明线程ID变量pthread_t tid;    // 用于存储新创建线程的ID// 2. 创建线程数据结构，传入连接描述符和当前服务器对象ThreadData *td = new ThreadData(sockfd, this);/* ThreadData包含：- sockfd：与客户端通信的socket描述符- this：当前服务器对象的指针，用于访问服务器的方法*/// 3. 创建新线程处理请求pthread_create(&tid, nullptr, ThreadRun, td);/* 参数含义：- &tid：存储新线程ID- nullptr：使用默认线程属性- ThreadRun：线程将执行的函数- td：传递给线程函数的参数*/// 新线程会执行ThreadRun函数处理客户端请求// 主线程继续循环等待新的连接}}// 读取HTML文件内容static std::string ReadHtmlContent(const std::string &htmlpath){// 1. 打开文件std::ifstream in(htmlpath, std::ios::binary);/* 说明：- binary模式打开确保文件按原样读取- 不会对换行符进行转换*/// 文件打开失败则返回空字符串if(!in.is_open()) return "";// 2. 获取文件大小in.seekg(0, std::ios_base::end);   // 将读指针移到文件末尾auto len = in.tellg();             // 获取当前位置（即文件大小）in.seekg(0, std::ios_base::beg);   // 将读指针移回文件开头// 3. 读取文件内容std::string content;           // 用于存储文件内容content.resize(len);           // 预分配空间// 一次性读取整个文件内容到字符串中in.read((char*)content.c_str(), content.size());// 4. 关闭文件in.close();return content;  // 返回文件内容}// 根据文件后缀获取Content-Typestd::string SuffixToDesc(const std::string &suffix){// 在content_type映射表中查找文件后缀对应的MIME类型auto iter = content_type.find(suffix);// 如果找不到对应的MIME类型if(iter == content_type.end()) return content_type[".html"];  // 默认返回html的MIME类型："text/html"else return content_type[suffix];   // 返回找到的MIME类型/* 例如：- .html -> "text/html"- .png  -> "image/png"这个MIME类型会被用在HTTP响应头的Content-Type字段中*/}// 处理HTTP请求void HandlerHttp(int sockfd){// 1. 接收HTTP请求char buffer[10240];ssize_t n = recv(sockfd, buffer, sizeof(buffer) - 1, 0);/* 参数解释：1. sockfd: 套接字描述符，用于标识与客户端的连接2. buffer: 接收数据的缓冲区3. sizeof(buffer) - 1: 最大接收长度，预留1个字节给'\0'4. 0: 标志位，使用默认行为返回值n：- 大于0：实际接收的字节数- 等于0：连接已关闭- 小于0：接收错误*/if (n > 0){buffer[n] = 0;  // 字符串结束符// 2. 解析HTTP请求HttpRequest req;req.Deserialize(buffer);   // 反序列化请求内容req.Parse();               // 解析请求（获取方法、URL、版本等）// 3. 读取请求的文件内容std::string text;bool ok = true;text = ReadHtmlContent(req.file_path);  // 读取请求的文件if(text.empty())  // 文件不存在或读取失败{ok = false;// 返回错误页面std::string err_html = wwwroot + "/err.html";text = ReadHtmlContent(err_html);}// 4. 构建HTTP响应// 4.1 响应行std::string response_line;if(ok)response_line = "HTTP/1.0 200 OK\r\n";elseresponse_line = "HTTP/1.0 404 Not Found\r\n";// 4.2 响应头std::string response_header = "Content-Length: ";response_header += std::to_string(text.size());response_header += "\r\n";response_header += "Content-Type: ";response_header += SuffixToDesc(req.suffix);  // 设置正确的MIME类型response_header += "\r\n";response_header += "Set-Cookie: name=haha&&passwd=12345";  // 设置Cookieresponse_header += "\r\n";// 4.3 空行std::string blank_line = "\r\n";// 4.4 组装完整响应（响应行+响应头+空行+响应体）std::string response = response_line + response_header + blank_line + text;// 5. 发送响应给客户端send(sockfd, response.c_str(), response.size(), 0);}// 6. 关闭连接close(sockfd);}// 线程运行函数static void *ThreadRun(void *args){pthread_detach(pthread_self());  // 设置线程分离ThreadData *td = static_cast<ThreadData *>(args);td->svr->HandlerHttp(td->sockfd);delete td;return nullptr;}~HttpServer() {}private:Sock listensock_;    // 监听socketuint16_t port_;      // 服务器端口std::unordered_map<std::string, std::string> content_type;  // 支持的内容类型映射
};

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1.4 Socket.hpp-网络通信器

Socket.hpp

功能：

• TCP连接封装
• 地址绑定
• 端口监听
• 客户端连接处理
• 错误处理

#pragma once  // 防止头文件重复包含// 系统相关头文件
#include <iostream>     // 标准输入输出
#include <string>       // 字符串处理
#include <unistd.h>    // UNIX标准函数定义
#include <cstring>     // C字符串处理
#include <sys/types.h> // 基本系统数据类型
#include <sys/stat.h>  // 文件状态
#include <sys/socket.h> // Socket接口
#include <arpa/inet.h> // IP地址转换函数
#include <netinet/in.h> // IP协议家族
#include "Log.hpp"     // 日志系统// 错误枚举定义
enum
{SocketErr = 2,  // Socket创建错误BindErr,        // 绑定错误ListenErr,      // 监听错误
};// 监听队列长度
const int backlog = 10;// Socket封装类
class Sock
{
public:Sock() {}~Sock() {}public:// 创建Socketvoid Socket(){// 创建TCP Socketsockfd_ = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);if (sockfd_ < 0){// 创建失败，记录错误日志并退出lg(Fatal, "socker error, %s: %d", strerror(errno), errno);exit(SocketErr);}// 设置Socket选项：地址重用int opt = 1;setsockopt(sockfd_, SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &opt, sizeof(opt));}// 绑定端口void Bind(uint16_t port){// 创建并初始化地址结构struct sockaddr_in local;memset(&local, 0, sizeof(local));local.sin_family = AF_INET;           // IPv4local.sin_port = htons(port);         // 端口号local.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY;   // 监听所有网卡// 绑定地址和端口if (bind(sockfd_, (struct sockaddr *)&local, sizeof(local)) < 0){// 绑定失败，记录错误日志并退出lg(Fatal, "bind error, %s: %d", strerror(errno), errno);exit(BindErr);}}// 开始监听void Listen(){// 启动监听if (listen(sockfd_, backlog) < 0){// 监听失败，记录错误日志并退出lg(Fatal, "listen error, %s: %d", strerror(errno), errno);exit(ListenErr);}}// 接受连接int Accept(std::string *clientip, uint16_t *clientport){// 准备接收客户端地址信息struct sockaddr_in peer;socklen_t len = sizeof(peer);// 接受新连接int newfd = accept(sockfd_, (struct sockaddr*)&peer, &len);if(newfd < 0){// 接受连接失败，记录警告日志lg(Warning, "accept error, %s: %d", strerror(errno), errno);return -1;}// 获取客户端IP地址char ipstr[64];inet_ntop(AF_INET, &peer.sin_addr, ipstr, sizeof(ipstr));*clientip = ipstr;// 获取客户端端口号*clientport = ntohs(peer.sin_port);return newfd;  // 返回新连接的文件描述符}// 连接服务器（客户端使用）bool Connect(const std::string &ip, const uint16_t &port){// 准备服务器地址信息struct sockaddr_in peer;memset(&peer, 0, sizeof(peer));peer.sin_family = AF_INET;peer.sin_port = htons(port);inet_pton(AF_INET, ip.c_str(), &(peer.sin_addr));// 建立连接int n = connect(sockfd_, (struct sockaddr*)&peer, sizeof(peer));if(n == -1) {// 连接失败std::cerr << "connect to " << ip << ":" << port << " error" << std::endl;return false;}return true;  // 连接成功}// 关闭Socketvoid Close(){close(sockfd_);}// 获取Socket文件描述符int Fd(){return sockfd_;}private:int sockfd_;  // Socket文件描述符
};

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1.5 HttpServer.cc-服务器启动器

HttpServer.cc

功能：

• 程序入口
• 参数解析
• 服务器初始化
• 智能指针管理

// 包含必要的头文件
#include "HttpServer.hpp"  // HTTP服务器类定义
#include <iostream>        // 标准输入输出
#include <memory>         // 智能指针
#include <pthread.h>      // POSIX线程库
#include "Log.hpp"        // 日志系统using namespace std;int main(int argc, char *argv[])
{// 检查命令行参数if(argc != 2)  // 要求必须提供端口号参数{exit(1);   // 参数错误，退出程序}// 将命令行参数转换为端口号uint16_t port = std::stoi(argv[1]);  // 字符串转换为整数// 创建HTTP服务器实例// 以下是三种方式，注释掉的是不推荐的方式// 方式1（不推荐）：普通指针，需要手动管理内存// HttpServer *svr = new HttpServer();// 方式2（语法错误）：unique_ptr的错误声明方式// std::unique<HttpServer> svr(new HttpServer());// 方式3（推荐）：使用智能指针unique_ptr，自动管理内存std::unique_ptr<HttpServer> svr(new HttpServer(port));// 启动服务器svr->Start();  // 开始监听和处理请求// 程序正常退出return 0;
}