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tinyWebServer 学习笔记——二、HTTP 连接处理

news 2025/6/8 23:59:49

文章目录

一、基础知识
- 1. epoll
- 2. 再谈 I/O 复用
- 3. 触发模式和 EPOLLONESHOT
- 4. HTTP 报文
- 5. HTTP 状态码
- 6. 有限状态机
- 7. 主从状态机
- 8. HTTP_CODE
- 9. HTTP 处理流程
二、代码解析
- 1. HTTP 类
- 2. 读取客户数据
- 2. epoll 事件相关
- 3. 接收 HTTP 请求
- 4. HTTP 报文解析
- 5. HTTP 请求响应
参考文献

一、基础知识

1. epoll

创建内核事件表：int epoll_create(int size);
- size ：不起作用，只是给内核一个提示，告诉它事件表需要多大；
- 返回值：内核事件表的文件描述符；

修改内核事件表监控的文件描述符上的事件：int epoll_ctl(int epfd, int op, int fd, struct epoll_event *event);

epfd ：内核事件表的文件描述符；
op ：表示三种操作：注册（EPOLL_CTL_ADD）、修改（EPOLL_CTL_MOD）、删除（EPOLL_CTL_DEL）；
event ：需要监听的事件：

标识符	事件类型
EPOLLIN	可读、对端 socket 关闭
EPOLLOUT	可写
EPOLLPRI	带外数据
EPOLLERR	错误
EPOLLHUP	文件描述符被挂断
EPOLLET	边缘触发模式
EPOLLONESHOT	只监听一次事件，每次见听完如需再次监听需重置

返回值：成功时返回 0 ，失败时返回 -1 并设置 errno 。

监听事件发生：int epoll_wait(int epfd, struct epoll_event *events, int maxevents, int timeout);
- events ：存储内核中发生的事件；
- maxevents ：events 的容量；
- timeout ：超时时间：-1 表示阻塞，0 表示立即返回（非阻塞），大于 0 表示毫秒；
- 返回值：就绪的文件描述符个数，超时时返回 0 ，出错时返回 -1 。

2. 再谈 I/O 复用

select ：使用线性表描述文件描述符集合，存在上限，每次调用需要将所有文件描述符拷贝到内核态，需要遍历判断就绪事件，适用于少量活跃的 fd；
poll ：使用链表描述文件描述符集合，不存在上限，每次调用需要将所有文件描述符拷贝到内核态，需要遍历判断就绪事件，适用于少量活跃的 fd；
epoll ：使用红黑树描述文件描述符集合，存在上限，通过 epoll_ctl 将要监听的文件描述符注册到红黑树上，会将就绪事件存放在新建的链表中，适用于大量不活跃的 fd；

3. 触发模式和 EPOLLONESHOT

LT ：水平触发模式，当检测到就绪事件时，将其通知给应用程序，应用程序可以不立即处理该事件，等到下次调用 epoll_wait 时会再次报告该事件；
ET ：边缘触发模式，当检测到就绪事件时，将其通知给应用程序，应用程序必须立即处理，并且需要一次性处理完；
EPOLLONESHOT ：当某个 socket 的数据分两次到达时，系统可能会唤醒两个不同的线程来进行处理，若开启 EPOLLONESHOT ，则对于某个 socket 来说，只会有一个线程处理其事件，其他线程不能插手，完成一次处理后需要重置 EPOLLONESHOT 。

4. HTTP 报文

HTTP 报文分为请求报文和响应报文，前者由浏览器发送给服务器，后者由服务器应答浏览器，请求报文又分为 GET 和 POST 两种：

GET /562f25980001b1b106000338.jpg HTTP/1.1
Host:img.mukewang.com
User-Agent:Mozilla/5.0 (Windows NT 10.0; WOW64)
AppleWebKit/537.36 (KHTML, like Gecko) Chrome/51.0.2704.106 Safari/537.36
Accept:image/webp,image/*,*/*;q=0.8
Referer:http://www.imooc.com/
Accept-Encoding:gzip, deflate, sdch
Accept-Language:zh-CN,zh;q=0.8
空行
请求数据为空

第 1 行：请求行，用来说明请求类型、要访问的资源、所使用的 HTTP 版本；
第 2 - 8 行：请求头部，通常包含如下信息：
- Host ：服务器所在的域名；
- User-Agent ：HTTP 客户端程序的信息，由浏览器定义并自动发送；
- Accept ：说明用户代理可处理的媒体类型；
- Accept-Encoding ：说明用户代理支持的内容编码；
- Accept-Language ：说明用户代理能够处理的自然语言集；
- Content-Type ：说明实现主体的媒体类型；
- Content-Length：说明实现主题的大小；
- Connection ：连接管理，可以是 Keep-Alive 或 close ；
第 9 行：空行；

第 10 行：请求数据，也叫主体，可以添加任意其他数据；

POST / HTTP1.1
Host:www.wrox.com
User-Agent:Mozilla/4.0 (compatible; MSIE 6.0; Windows NT 5.1; SV1; .NET CLR 2.0.50727; .NET CLR 3.0.04506.648; .NET CLR 3.5.21022)
Content-Type:application/x-www-form-urlencoded
Content-Length:40
Connection: Keep-Alive
空行
name=Professional%20Ajax&publisher=Wiley

GET 的请求数据通常为空，POST 则包含要请求的信息。

响应报文主要有四个部分组成：状态行、消息报头、空行、响应正文：

HTTP/1.1 200 OK
Date: Fri, 22 May 2009 06:07:21 GMT
Content-Type: text/html; charset=UTF-8
空行
<html><head></head><body><!--body goes here--></body>
</html>

第 1 行：状态行，由 HTTP 协议版本号、状态码、状态消息组成；
第 2 - 3 行：消息报头，用来说明客户端需要使用的附加信息：
- Date ：生成响应的日期和时间；
- Content-Type ：指定了 MIME 类型的 HTML ，编码类型是 UTF-8 ；
第 4 行：空行；
第 5 - 10 行：响应正文，为 HTML 语言。

5. HTTP 状态码

1xx ：指示信息，表示请求已接收，继续处理；
2xx ：成功，表示请求正常处理完毕：
- 200 OK ：客户端请求被正常处理；
- 206 Partial Content ：客户端进行了范围请求；
3xx ：重定向，要完成请求需要进一步操作：
- 301 Moved Permanently ：永久重定向，返回新的 URL ；
- 302 Found ：临时重定向，返回临时的 URL ；
4xx ：客户端错误：
- 400 Bad Request ：语法错误；
- 403 Forbidden ：请求被服务器拒绝；
- 404 Not Found ：请求不存在，服务器上找不到请求的资源；
5xx ：服务器端错误：
- 500 Internal Server Error ：服务器执行时出错。

6. 有限状态机

有限状态机是一种抽象的理论模型，使用选择语句来实现。模型要求代码存在 n 个状态，使用当前状态 cur_state 来进行标记，每次处理完任务后都对其进行更改以实现状态跳转，代码如下：

STATE_MACHINE(){State cur_State = type_A;while(cur_State != type_C){Package _pack = getNewPackage();switch() {case type_A:process_pkg_state_A(_pack);cur_State = type_B;break;case type_B:process_pkg_state_B(_pack);cur_State = type_C;break;}}
}

7. 主从状态机

主从状态机也是一种抽象的理论模型，在本项目中从状态机负责读取 HTTP 请求的一行，主状态机负责对该行数据进行解析，主状态机内部调用从状态机，从状态机驱动主状态机，流程图如下：

流程图 ^[2]

从模型的角度来看，从状态机负责通用的操作处理，主状态机负责特定的操作处理，主状态机需要使用从状态机提供的数据，从状态机需要被主状态机调用，每个状态机又是一个有限状态机。本项目中主从状态机各有三种状态：

主状态机：标识解析位置
- CHECK_STATE_REQUESTLINE ：解析请求行；
- CHECK_STATE_HEADER ：解析请求头；
- CHECK_STATE_CONTENT ：解析消息体，仅用于解析 POST 请求；
从状态机：标识解析一行的读取状态：
- LINE_OK ：完整读取一行；
- LINE_BAD ：报文语法错误；
- LINE_OPEN ：读取的行不完整。

8. HTTP_CODE

标识了 HTTP 请求的处理结果：

NO_REQUEST ：请求不完整，需要继续读取请求报文，跳转主程序继续检测可读事件；
GET_REQUEST ：获得了完整的请求，调用 do_request 完成请求资源映射；
NO_RESOURCE ：请求资源不存在，跳转 process_write 完成响应报文；
BAD_REQUEST ：语法错误或请求资源为目录，跳转 process_write 完成响应报文；
FORBIDDEN_REQUEST ：请求资源禁止访问，跳转 process_write 完成响应报文；
FILE_REQUEST ：请求资源可以正常访问，跳转 process_write 完成响应报文；
INTERNAL_ERROR ：服务器内部错误。

9. HTTP 处理流程

流程图 ^[3]

浏览器发出 HTTP 连接请求；
主线程创建 HTTP 对象，接收请求并将所有数据读入对应的缓存区；
主线程将 HTTP 对象插入任务队列；
工作线程从任务队列中取出一个任务；
工作线程调用 process_read 函数，通过主从状态机解析请求报文；
解析完成后，跳转 do_request 函数生成响应报文；
通过 process_write 写入缓存区；
发送数据给浏览器。

二、代码解析

1. HTTP 类

// http连接类
class http_conn
{
public:static const int FILENAME_LEN = 200;       // 文件名最大长度static const int READ_BUFFER_SIZE = 2048;  // 读缓存区大小static const int WRITE_BUFFER_SIZE = 1024; // 写缓存区大小// http连接的方法enum METHOD{GET = 0, // 申请获得资源POST,    // 向服务器提交数据并修改HEAD,    // 仅获取头部信息PUT,     // 上传某个资源DELETE,  // 删除某个资源TRACE,   // 要求服务器返回原始HTTP请求的内容，可用来查看服务器对HTTP请求的影响OPTIONS, // 查看服务器对某个特定URL都支持哪些请求方法。也可把URL设置为* ，从而获得服务器支持的所有请求方法CONNECT, // 用于某些代理服务器，能把请求的连接转化为一个安全隧道PATH     // 对某个资源做部分修改};// 主状态机状态enum CHECK_STATE{CHECK_STATE_REQUESTLINE = 0, // 检查请求行CHECK_STATE_HEADER,          // 检查头部状态CHECK_STATE_CONTENT          // 检查内容};// HTTP状态码enum HTTP_CODE{NO_REQUEST,        // 请求不完整，需要继续读取请求报文数据GET_REQUEST,       // 获取了完整请求BAD_REQUEST,       // HTTP请求报文有语法错误NO_RESOURCE,       // 无资源FORBIDDEN_REQUEST, // 禁止请求FILE_REQUEST,      // 文件请求INTERNAL_ERROR,    // 服务器内部错误CLOSED_CONNECTION  // 关闭连接};// 从状态机状态enum LINE_STATUS{LINE_OK = 0, // 读取完成LINE_BAD,    // 读取有错误LINE_OPEN    // 未读完};public:// 构造函数http_conn() {}// 析构函数~http_conn() {}public:// 初始化套接字地址，函数内部会调用私有方法initvoid init(int sockfd, const sockaddr_in &addr, char *, int, int, string user, string passwd, string sqlname);// 关闭http连接void close_conn(bool real_close = true);// 处理HTTP请求的入口函数void process();// 读取浏览器端发来的全部数据bool read_once();// 响应报文写入函数bool write();// 地址sockaddr_in *get_address(){return &m_address;}// 同步线程初始化数据库读取表void initmysql_result(connection_pool *connPool);// 计时器标志int timer_flag;int improv;private:void init();                                            // 初始化HTTP_CODE process_read();                               // 从m_read_buf读取，并处理请求报文bool process_write(HTTP_CODE ret);                      // 向m_write_buf写入响应报文数据HTTP_CODE parse_request_line(char *text);               // 主状态机，解析http请求行HTTP_CODE parse_headers(char *text);                    // 主状态机，解析http请求头HTTP_CODE parse_content(char *text);                    // 主状态机，判断http请求内容HTTP_CODE do_request();                                 // 生成响应报文char *get_line() { return m_read_buf + m_start_line; }; // 用于将指针向后偏移，指向未处理的字符LINE_STATUS parse_line();                               // 从状态机，分析一行的内容，返回状态void unmap();                                           // 关闭内存映射// 根据响应报文格式，生成对应8个部分，以下函数均由do_request调用bool add_response(const char *format, ...);          // responsebool add_content(const char *content);               // contentbool add_status_line(int status, const char *title); // status_linebool add_headers(int content_length);                // headersbool add_content_type();                             // content_typebool add_content_length(int content_length);         // content_lengthbool add_linger();                                   // lingerbool add_blank_line();                               // blank_linepublic:static int m_epollfd;    // 最大文件描述符个数static int m_user_count; // 当前用户连接数MYSQL *mysql;            // 数据库指针int m_state;             // 读为0, 写为1private:int m_sockfd;                        // 当前fdsockaddr_in m_address;               // 当前地址char m_read_buf[READ_BUFFER_SIZE];   // 存储读取的请求报文数据long m_read_idx;                     // 缓冲区中m_read_buf中数据的最后一个字节的下一个位置long m_checked_idx;                  // m_read_buf读取的位置m_checked_idxint m_start_line;                    // m_read_buf中已经解析的字符个数char m_write_buf[WRITE_BUFFER_SIZE]; // 存储发出的响应报文数据int m_write_idx;                     // 指示buffer中的长度CHECK_STATE m_check_state;           // 主状态机状态METHOD m_method;                     // 请求方法// 以下为解析请求报文中对应的6个变量char m_real_file[FILENAME_LEN]; // 存储读取文件的名称char *m_url;                    // urlchar *m_version;                // versionchar *m_host;                   // hostlong m_content_length;          // content_lengthbool m_linger;                  // lingerchar *m_file_address;           // 读取服务器上的文件地址struct stat m_file_stat;        // 文件状态struct iovec m_iv[2];           // io向量机制iovec，标识两个缓存区int m_iv_count;                 // 表示缓存区个数int cgi;                        // 是否启用的POSTchar *m_string;                 // 存储请求头数据int bytes_to_send;              // 待发送字节个数int bytes_have_send;            // 已发送字节个数char *doc_root;                 // 文件根目录map<string, string> m_users; // 用户名密码对int m_TRIGMode;              // 触发模式int m_close_log;             // 是否关闭logchar sql_user[100];   // 用户名char sql_passwd[100]; // 用户密码char sql_name[100];   // 数据库名
};

2. 读取客户数据

// 循环读取客户数据，直到无数据可读或对方关闭连接
// 非阻塞ET工作模式下，需要一次性将数据读完
bool http_conn::read_once()
{// 超出最大读缓存限制if (m_read_idx >= READ_BUFFER_SIZE){return false;}// 标志有多少字节int bytes_read = 0;// LT读取数据if (0 == m_TRIGMode){// 接收数据，保存到读缓存区bytes_read = recv(m_sockfd, m_read_buf + m_read_idx, READ_BUFFER_SIZE - m_read_idx, 0);// 修改m_read_idx的读取字节数m_read_idx += bytes_read;// 未读到数据if (bytes_read <= 0){return false;}return true;}// ET读数据else{while (true){// 接收数据，保存到读缓存区bytes_read = recv(m_sockfd, m_read_buf + m_read_idx, READ_BUFFER_SIZE - m_read_idx, 0);// 读取异常if (bytes_read == -1){// 判断errno是否为重试或未发送完残留数据if (errno == EAGAIN || errno == EWOULDBLOCK)break;// 不是则出错return false;}// 读取为空else if (bytes_read == 0){return false;}// 修改m_read_idx的读取字节数m_read_idx += bytes_read;}return true;}
}

2. epoll 事件相关

主要有四个：设置非阻塞模式、注册事件、删除事件、重置 EPOLLONESHOT 事件：

// 对文件描述符设置非阻塞
int setnonblocking(int fd)
{int old_option = fcntl(fd, F_GETFL);int new_option = old_option | O_NONBLOCK;fcntl(fd, F_SETFL, new_option);return old_option;
}// 将内核事件表注册新事件，开启ET模式，选择开启EPOLLONESHOT
void addfd(int epollfd, int fd, bool one_shot, int TRIGMode)
{epoll_event event;event.data.fd = fd;// 触发组合模式：ET模式if (1 == TRIGMode)event.events = EPOLLIN | EPOLLET | EPOLLRDHUP;// 默认模式：LT监听、连接elseevent.events = EPOLLIN | EPOLLRDHUP;// one shot模式，保证一个socket只有一个线程操作if (one_shot)event.events |= EPOLLONESHOT;epoll_ctl(epollfd, EPOLL_CTL_ADD, fd, &event);setnonblocking(fd);
}// 从内核事件表删除事件
void removefd(int epollfd, int fd)
{epoll_ctl(epollfd, EPOLL_CTL_DEL, fd, 0);close(fd);
}// 将事件重置为EPOLLONESHOT事件
void modfd(int epollfd, int fd, int ev, int TRIGMode)
{epoll_event event;event.data.fd = fd;if (1 == TRIGMode)event.events = ev | EPOLLET | EPOLLONESHOT | EPOLLRDHUP;elseevent.events = ev | EPOLLONESHOT | EPOLLRDHUP;epoll_ctl(epollfd, EPOLL_CTL_MOD, fd, &event);
}

3. 接收 HTTP 请求

浏览器发出 HTTP 连接，主线程创建 HTTP 对象以接受请求，并将所有数据读入对应的缓存区，然后将该对象插入工作队列，工作线程从工作队列中取出一个任务进行处理：

//创建MAX_FD个http类对象
http_conn* users=new http_conn[MAX_FD];//创建内核事件表
epoll_event events[MAX_EVENT_NUMBER];
epollfd = epoll_create(5);
assert(epollfd != -1);//将listenfd放在epoll树上
addfd(epollfd, listenfd, false);//将上述epollfd赋值给http类对象的m_epollfd属性
http_conn::m_epollfd = epollfd;while (!stop_server)
{//等待所监控文件描述符上有事件的产生int number = epoll_wait(epollfd, events, MAX_EVENT_NUMBER, -1);if (number < 0 && errno != EINTR){break;}//对所有就绪事件进行处理for (int i = 0; i < number; i++){int sockfd = events[i].data.fd;//处理新到的客户连接if (sockfd == listenfd){struct sockaddr_in client_address;socklen_t client_addrlength = sizeof(client_address);
//LT水平触发
#ifdef LTint connfd = accept(listenfd, (struct sockaddr *)&client_address, &client_addrlength);if (connfd < 0){continue;}if (http_conn::m_user_count >= MAX_FD){show_error(connfd, "Internal server busy");continue;}users[connfd].init(connfd, client_address);
#endif//ET非阻塞边缘触发
#ifdef ET//需要循环接收数据while (1){int connfd = accept(listenfd, (struct sockaddr *)&client_address, &client_addrlength);if (connfd < 0){break;}if (http_conn::m_user_count >= MAX_FD){show_error(connfd, "Internal server busy");break;}users[connfd].init(connfd, client_address);}continue;
#endif}//处理异常事件else if (events[i].events & (EPOLLRDHUP | EPOLLHUP | EPOLLERR)){//服务器端关闭连接}//处理信号else if ((sockfd == pipefd[0]) && (events[i].events & EPOLLIN)){}//处理客户连接上接收到的数据else if (events[i].events & EPOLLIN){//读入对应缓冲区if (users[sockfd].read_once()){//若监测到读事件，将该事件放入请求队列pool->append(users + sockfd);}else{//服务器关闭连接}}}
}

4. HTTP 报文解析

HTTP 报文解析流程如下：

process_read 函数：通过 while 循环，将主从状态机进行封装，对报文的每一行进行处理：
- 将从状态设为 LINE_OK ，作为循环的入口条件；
- 首先在循环中会解析请求行；
- 然后解析请求头，若是 GET 请求则到此为止，若是 POST 请求则继续；
- 解析消息体，同时处理从状态防止再次解析；
- 循环的判断条件有特殊含义，注释中已给出说明；
parse_line 函数：从状态机，负责解析一行数据：
- 在 HTTP 报文中，每一行数据由 \r\n 作为结束，据此可以判断行；
- 每次找到并处理 \r\n 后，将其置为 \0\0 ；
- 读取中，若当前字符为 \r ，可能出现三种情况：
  - 下一个字符为 \n ，将 m_checked_idx 指向下一行的开头，返回 LINE_OK ；
  - 读到了缓存区末尾，标识还需要继续接收数据，返回 LINE_OPEN ；
  - 其他，标识语法错误，返回 LINE_BAD ；
- 若当前字节为 \n ，则意味着中途没接收完整，对应上一种情况的第二条，此时判断前一个字符是否为 \r 即可；
- 若当前字符不为上述两种情况，则接收不完整，返回 LINE_OPEN ；
- 由于已将 \r\n 改为了 \0\0 ，因此主状态机可以直接进行字符串处理；
get_line 函数：用于将指针向后偏移，指向未处理的字符，即处理一行数据；
parse_request_line 函数：主状态机，负责解析 HTTP 请求的请求行：
- 初始状态为 CHECK_STATE_REQUESTLINE ；
- 从 m_read_buf 中解析 HTTP 请求行，获取请求方法、目标 URL 和 HTTP 版本号；
- 将状态改为 CHECK_STATE_HEADER ；
parse_headers 函数：主状态机，负责解析 HTTP 请求的请求头：
- 由于请求头和空行的处理使用的同一个函数，因此需要通过根据当前的 text 首位是不是 \0 来判断是空行还是请求头；
- 请求头有多行，因此需要根据具体含义进行解析；
- 如果是 GET 请求，则到此为止；如果是 POST 请求，则还需解析消息体（将状态改为 CHECK_STATE_CONTENT）；
parse_content 函数：主状态机，负责解析 HTTP 请求的消息体；

// 解析+响应的入口函数
void http_conn::process()
{// 报文解析，获取状态码HTTP_CODE read_ret = process_read();if (read_ret == NO_REQUEST){// 注册并监听读事件modfd(m_epollfd, m_sockfd, EPOLLIN, m_TRIGMode);return;}// 报文响应，是否成功bool write_ret = process_write(read_ret);if (!write_ret){close_conn();}// 注册并监听写事件modfd(m_epollfd, m_sockfd, EPOLLOUT, m_TRIGMode);
}// 用于将指针向后偏移，指向未处理的字符，即处理一行数据
char* http_conn::get_line() { return m_read_buf + m_start_line; }; // 解析http请求，调用了主状态机、从状态机
http_conn::HTTP_CODE http_conn::process_read()
{// 初始化从状态机状态、HTTP请求解析结果LINE_STATUS line_status = LINE_OK;HTTP_CODE ret = NO_REQUEST;char *text = 0;// 循环处理，由从状态机驱动// 前一部分判断条件用于处理请求数据（消息体），因为这部分最后面没有\r\n，无法用从状态机判断// 前一部分判断条件主要使用主状态机来判断消息体，而因为这部分处理完后状态并没有发生改变，因此还需要从状态机来标记只处理一次while ((m_check_state == CHECK_STATE_CONTENT && line_status == LINE_OK) || ((line_status = parse_line()) == LINE_OK)){// 指向读缓存区目标行的位置text = get_line();//m_start_line是每一个数据行在m_read_buf中的起始位置//m_checked_idx表示从状态机在m_read_buf中读取的位置m_start_line = m_checked_idx;LOG_INFO("%s", text);// 主状态机三种状态转换switch (m_check_state){// 解析请求行case CHECK_STATE_REQUESTLINE:{ret = parse_request_line(text);if (ret == BAD_REQUEST)return BAD_REQUEST;break;}// 解析请求头case CHECK_STATE_HEADER:{ret = parse_headers(text);if (ret == BAD_REQUEST)return BAD_REQUEST;//完整解析GET请求后，跳转到报文响应函数else if (ret == GET_REQUEST){return do_request();}break;}// 解析消息体case CHECK_STATE_CONTENT:{ret = parse_content(text);//完整解析POST请求后，跳转到报文响应函数if (ret == GET_REQUEST)return do_request();line_status = LINE_OPEN;break;}// 都不是则表示服务器错误default:return INTERNAL_ERROR;}}return NO_REQUEST;
}// 从状态机，用于分析出一行内容
// 返回值为行的读取状态，有LINE_OK,LINE_BAD,LINE_OPEN
//m_read_idx指向缓冲区m_read_buf的数据末尾的下一个字节
//m_checked_idx指向从状态机当前正在分析的字节
http_conn::LINE_STATUS http_conn::parse_line()
{char temp;// 逐字节读for (; m_checked_idx < m_read_idx; ++m_checked_idx){//temp为将要分析的字节temp = m_read_buf[m_checked_idx];//如果当前是\r字符，则有可能会读取到完整行if (temp == '\r'){//下一个字符达到了buffer结尾，则接收不完整，需要继续接收if ((m_checked_idx + 1) == m_read_idx)return LINE_OPEN;//下一个字符是\n，将\r\n改为\0\0else if (m_read_buf[m_checked_idx + 1] == '\n'){// 标记缓存结束，返回LINE_OKm_read_buf[m_checked_idx++] = '\0';m_read_buf[m_checked_idx++] = '\0';return LINE_OK;}//如果都不符合，则返回语法错误return LINE_BAD;}//如果当前字符是\n，也有可能读取到完整行//一般是上次读取到\r就到buffer末尾了，没有接收完整，再次接收时会出现这种情况else if (temp == '\n'){//前一个字符是\r，则接收完整if (m_checked_idx > 1 && m_read_buf[m_checked_idx - 1] == '\r'){m_read_buf[m_checked_idx - 1] = '\0';m_read_buf[m_checked_idx++] = '\0';return LINE_OK;}return LINE_BAD;}}// 没读到换行符和回车符，说明行未读完return LINE_OPEN;
}// 主状态机，解析http请求行，获得请求方法，目标url及http版本号
http_conn::HTTP_CODE http_conn::parse_request_line(char *text)
{//在HTTP报文中，请求行用来说明请求类型,要访问的资源以及所使用的HTTP版本，其中各个部分之间通过\t或空格分隔。//请求行中最先含有空格和\t任一字符的位置并返回m_url = strpbrk(text, " \t");//如果没有空格或\t，则报文格式有误if (!m_url){return BAD_REQUEST;}//将该位置改为\0，用于将前面数据取出*m_url++ = '\0';//取出数据，并通过与GET和POST比较，以确定请求方式char *method = text;if (strcasecmp(method, "GET") == 0)m_method = GET;else if (strcasecmp(method, "POST") == 0){m_method = POST;cgi = 1;}// 返回坏请求标志elsereturn BAD_REQUEST;//m_url此时跳过了第一个空格或\t字符，但不知道之后是否还有//将m_url向后偏移，通过查找，继续跳过空格和\t字符，指向请求资源的第一个字符m_url += strspn(m_url, " \t");//使用与判断请求方式的相同逻辑，判断HTTP版本号m_version = strpbrk(m_url, " \t");if (!m_version)return BAD_REQUEST;*m_version++ = '\0';// 移动到版本的位置进行标记m_version += strspn(m_version, " \t");//仅支持HTTP/1.1if (strcasecmp(m_version, "HTTP/1.1") != 0)return BAD_REQUEST;//对请求资源前7个字符进行判断//这里主要是有些报文的请求资源中会带有http://，这里需要对这种情况进行单独处理if (strncasecmp(m_url, "http://", 7) == 0){m_url += 7;// 记录网站根目录后面的地址，包括/符号m_url = strchr(m_url, '/');}//同样增加https情况if (strncasecmp(m_url, "https://", 8) == 0){m_url += 8;m_url = strchr(m_url, '/');}//一般的不会带有上述两种符号，直接是单独的/或/后面带访问资源if (!m_url || m_url[0] != '/')return BAD_REQUEST;// //当url为/时，显示欢迎界面if (strlen(m_url) == 1)strcat(m_url, "judge.html");//请求行处理完毕，将主状态机转移处理请求头m_check_state = CHECK_STATE_HEADER;return NO_REQUEST;
}// 主状态机，解析http请求的一个头部信息
http_conn::HTTP_CODE http_conn::parse_headers(char *text)
{// 头部信息为空if (text[0] == '\0'){//判断是GET还是POST请求if (m_content_length != 0){//POST需要跳转到消息体处理状态m_check_state = CHECK_STATE_CONTENT;return NO_REQUEST;}// 状态为获取请求return GET_REQUEST;}//解析请求头部连接字段else if (strncasecmp(text, "Connection:", 11) == 0){text += 11;//跳过空格和\t字符text += strspn(text, " \t");// 设置保持活跃标记if (strcasecmp(text, "keep-alive") == 0){//如果是长连接，则将linger标志设置为truem_linger = true;}}//解析请求头部内容长度字段else if (strncasecmp(text, "Content-length:", 15) == 0){text += 15;text += strspn(text, " \t");// 设置内容长度m_content_length = atol(text);}//解析请求头部HOST字段else if (strncasecmp(text, "Host:", 5) == 0){text += 5;text += strspn(text, " \t");// 保存hostm_host = text;}// 意外情况else{LOG_INFO("oop!unknow header: %s", text);}return NO_REQUEST;
}// 主状态机，处理content字段，判断http请求是否被完整读入
http_conn::HTTP_CODE http_conn::parse_content(char *text)
{//判断buffer中是否读取了消息体if (m_read_idx >= (m_content_length + m_checked_idx)){// 标记已读完的部分text[m_content_length] = '\0';// POST请求中最后为输入的用户名和密码m_string = text;// 还需读取请求return GET_REQUEST;}return NO_REQUEST;
}

5. HTTP 请求响应

HTTP 报文响应流程如下：

do_request 函数：对解析后的请求进行分析，并对 URL 进行处理，返回请求的状态：
- / ：GET 请求，跳转 judge.html ，即欢迎页面；
- /0 ：POST 请求，跳转 register.html ，即注册页面；
- /1 ：POST 请求，跳转 log.html ，即登录页面；
- /2 ：POST 请求，进行登录校验，成功跳转 welcome.html ，即资源请求成功页面；失败跳转 logError.html ，即登陆失败页面；
- /3 ：POST 请求，进行注册校验，跳转同上；
- /5 ：POST 请求，跳转 picture.html ，即图片请求页面；
- /6 ：POST 请求，跳转 video.html ，即视频请求页面；
- /7 ：POST 请求，跳转 fans.html ，即关注页面；
- 若资源存在且访问正常，就将其映射到内存中准备发送；
add_response 函数：构造响应报文的公共接口，被各类消息报头构造函数调用；
process_write 函数：向 m_write_buf 中写入响应报文，响应报文分两种：
- 一种是文件存在，通过 io 向量机制 iovec 声明 2 个 iovec ，第一个指向 m_write_buf ，第二个指向 mmap 的地址 m_file_address ；
- 第二种是请求出错，只申请一个 iovec ；
- 注册 EPOLLOUT 事件，服务器主线程监测到事件后调用 write 函数；
write 函数：将响应报文发送给浏览器端：
- 根据已发送数据大小判断发送是否完成；
- 根据 EAGAIN 判断缓冲区是否已满；
- 每次发送数据后需要更新已发送字数；
- 发送完成后需要重置 HTTP 对象并重置 EPOLLONESHOT 事件。

// 响应http请求，检验、分配、响应请求所需的资源
http_conn::HTTP_CODE http_conn::do_request()
{//将初始化的m_real_file赋值为网站根目录strcpy(m_real_file, doc_root);// 记录文件路径长度int len = strlen(doc_root);// printf("m_url:%s\n", m_url);//找到m_url中/的位置const char *p = strrchr(m_url, '/');// //实现登录和注册校验，cgi=1启用post// *(p+1):0注册POST、1登录POST、2登录校验POST、3注册校验POST、5picture页面POST、6video页面POST、7fans页面POSTif (cgi == 1 && (*(p + 1) == '2' || *(p + 1) == '3')){// 根据标志判断是登录检测还是注册检测，即/符号后的第一位char flag = m_url[1];// 申请url空间char *m_url_real = (char *)malloc(sizeof(char) * 200);// 存入/strcpy(m_url_real, "/");// 存入/后的第二位之后的urlstrcat(m_url_real, m_url + 2);// 文件存储区在文件路径之后存入真实urlstrncpy(m_real_file + len, m_url_real, FILENAME_LEN - len - 1);// 释放真实url存储空间free(m_url_real);// 将用户名和密码提取出来// user=123&passwd=123char name[100], password[100];int i;for (i = 5; m_string[i] != '&'; ++i)name[i - 5] = m_string[i];name[i - 5] = '\0';int j = 0;for (i = i + 10; m_string[i] != '\0'; ++i, ++j)password[j] = m_string[i];password[j] = '\0';// 表示注册if (*(p + 1) == '3'){// 如果是注册，先检测数据库中是否有重名的// 没有重名的，进行增加数据char *sql_insert = (char *)malloc(sizeof(char) * 200);strcpy(sql_insert, "INSERT INTO user(username, passwd) VALUES(");strcat(sql_insert, "'");strcat(sql_insert, name);strcat(sql_insert, "', '");strcat(sql_insert, password);strcat(sql_insert, "')");// 没找到则insert数据if (users.find(name) == users.end()){m_lock.lock();int res = mysql_query(mysql, sql_insert);users.insert(pair<string, string>(name, password));m_lock.unlock();if (!res)strcpy(m_url, "/log.html");elsestrcpy(m_url, "/registerError.html");}elsestrcpy(m_url, "/registerError.html");}// 如果是登录，直接判断// 若浏览器端输入的用户名和密码在表中可以查找到，返回1，否则返回0else if (*(p + 1) == '2'){if (users.find(name) != users.end() && users[name] == password)strcpy(m_url, "/welcome.html");elsestrcpy(m_url, "/logError.html");}}//如果请求资源为/0，表示跳转注册界面if (*(p + 1) == '0'){char *m_url_real = (char *)malloc(sizeof(char) * 200);strcpy(m_url_real, "/register.html");strncpy(m_real_file + len, m_url_real, strlen(m_url_real));free(m_url_real);}//如果请求资源为/1，表示跳转登录界面else if (*(p + 1) == '1'){char *m_url_real = (char *)malloc(sizeof(char) * 200);strcpy(m_url_real, "/log.html");strncpy(m_real_file + len, m_url_real, strlen(m_url_real));free(m_url_real);}// 指向图片页面else if (*(p + 1) == '5'){char *m_url_real = (char *)malloc(sizeof(char) * 200);strcpy(m_url_real, "/picture.html");strncpy(m_real_file + len, m_url_real, strlen(m_url_real));free(m_url_real);}// 指向视频页面else if (*(p + 1) == '6'){char *m_url_real = (char *)malloc(sizeof(char) * 200);strcpy(m_url_real, "/video.html");strncpy(m_real_file + len, m_url_real, strlen(m_url_real));free(m_url_real);}// 指向粉丝页面else if (*(p + 1) == '7'){char *m_url_real = (char *)malloc(sizeof(char) * 200);strcpy(m_url_real, "/fans.html");strncpy(m_real_file + len, m_url_real, strlen(m_url_real));free(m_url_real);}// 指向原始路径elsestrncpy(m_real_file + len, m_url, FILENAME_LEN - len - 1);//通过stat获取请求资源文件信息，成功则将信息更新到m_file_stat结构体//失败返回NO_RESOURCE状态，表示资源不存在if (stat(m_real_file, &m_file_stat) < 0)return NO_RESOURCE;//判断文件的权限，是否可读，不可读则返回FORBIDDEN_REQUEST状态if (!(m_file_stat.st_mode & S_IROTH))return FORBIDDEN_REQUEST;//判断文件类型，如果是目录，则返回BAD_REQUEST，表示请求报文有误if (S_ISDIR(m_file_stat.st_mode))return BAD_REQUEST;//以只读方式获取文件描述符，通过mmap将该文件映射到内存中int fd = open(m_real_file, O_RDONLY);m_file_address = (char *)mmap(0, m_file_stat.st_size, PROT_READ, MAP_PRIVATE, fd, 0);//避免文件描述符的浪费和占用close(fd);//表示请求文件存在，且可以访问return FILE_REQUEST;
}// 构造响应报文的接口
bool http_conn::add_response(const char *format, ...)
{// 如果写入内容超出m_write_buf大小则报错if (m_write_idx >= WRITE_BUFFER_SIZE)return false;// 定义可变参数列表va_list arg_list;// 将变量arg_list初始化为传入参数va_start(arg_list, format);// 将数据format从可变参数列表写入缓冲区写，返回写入数据的长度int len = vsnprintf(m_write_buf + m_write_idx, WRITE_BUFFER_SIZE - 1 - m_write_idx, format, arg_list);// 如果写入的数据长度超过缓冲区剩余空间，则报错if (len >= (WRITE_BUFFER_SIZE - 1 - m_write_idx)){va_end(arg_list);return false;}// 更新m_write_idx位置m_write_idx += len;// 清空可变参列表va_end(arg_list);LOG_INFO("request:%s", m_write_buf);return true;
}// 添加状态行的接口
bool http_conn::add_status_line(int status, const char *title)
{return add_response("%s %d %s\r\n", "HTTP/1.1", status, title);
}// 添加消息报头的接口，具体的添加文本长度、连接状态和空行
bool http_conn::add_headers(int content_len)
{return add_content_length(content_len) && add_linger() &&add_blank_line();
}// 添加Content-Length的接口，表示响应报文的长度
bool http_conn::add_content_length(int content_len)
{return add_response("Content-Length:%d\r\n", content_len);
}// 添加文本类型的接口，这里是html
bool http_conn::add_content_type()
{return add_response("Content-Type:%s\r\n", "text/html");
}// 添加连接状态的接口，通知浏览器端是保持连接还是关闭
bool http_conn::add_linger()
{return add_response("Connection:%s\r\n", (m_linger == true) ? "keep-alive" : "close");
}// 添加空行的接口
bool http_conn::add_blank_line()
{return add_response("%s", "\r\n");
}// 添加文本content的接口
bool http_conn::add_content(const char *content)
{return add_response("%s", content);
}// 构造响应报文，处理好各缓存区的指针，为发送数据做准备
bool http_conn::process_write(HTTP_CODE ret)
{// 根据HTTP状态码构造响应头switch (ret){// 内部错误，500case INTERNAL_ERROR:{// 状态行add_status_line(500, error_500_title);// 消息报头add_headers(strlen(error_500_form));if (!add_content(error_500_form))return false;break;}// 报文语法有误，404case BAD_REQUEST:{add_status_line(404, error_404_title);add_headers(strlen(error_404_form));if (!add_content(error_404_form))return false;break;}// 资源没有访问权限，403case FORBIDDEN_REQUEST:{add_status_line(403, error_403_title);add_headers(strlen(error_403_form));if (!add_content(error_403_form))return false;break;}// 文件存在，200case FILE_REQUEST:{add_status_line(200, ok_200_title);// 如果请求的资源存在if (m_file_stat.st_size != 0){// 初始化各种指针add_headers(m_file_stat.st_size);// 第一个iovec指针指向响应报文缓冲区，长度指向m_write_idxm_iv[0].iov_base = m_write_buf;m_iv[0].iov_len = m_write_idx;// 第二个iovec指针指向mmap返回的文件指针，长度指向文件大小m_iv[1].iov_base = m_file_address;m_iv[1].iov_len = m_file_stat.st_size;m_iv_count = 2;// 发送的全部数据为响应报文头部信息和文件大小bytes_to_send = m_write_idx + m_file_stat.st_size;return true;}else{// 如果请求的资源大小为0，则返回空白html文件const char *ok_string = "<html><body></body></html>";add_headers(strlen(ok_string));if (!add_content(ok_string))return false;}}default:return false;}// 除FILE_REQUEST状态外，其余状态只申请一个iovec，指向响应报文缓冲区m_iv[0].iov_base = m_write_buf;m_iv[0].iov_len = m_write_idx;m_iv_count = 1;bytes_to_send = m_write_idx;return true;
}// 发送数据，即写入文件描述符
bool http_conn::write()
{int temp = 0;// 若要发送的数据长度为0// 表示响应报文为空，一般不会出现这种情况if (bytes_to_send == 0){// 将事件重置为EPOLLONESHOTmodfd(m_epollfd, m_sockfd, EPOLLIN, m_TRIGMode);// 初始化init();return true;}// 循环处理while (1){// 将响应报文的状态行、消息头、空行和响应正文发送给浏览器端temp = writev(m_sockfd, m_iv, m_iv_count);if (temp < 0){if (errno == EAGAIN){// 重新注册写事件modfd(m_epollfd, m_sockfd, EPOLLOUT, m_TRIGMode);return true;}unmap();return false;}// 正常发送，temp为发送的字节数bytes_have_send += temp;// 更新已发送字节数bytes_to_send -= temp;// 第一个iovec头部信息的数据已发送完，发送第二个iovec数据if (bytes_have_send >= m_iv[0].iov_len){// 不再继续发送头部信息m_iv[0].iov_len = 0;m_iv[1].iov_base = m_file_address + (bytes_have_send - m_write_idx);m_iv[1].iov_len = bytes_to_send;}// 继续发送第一个iovec头部信息的数据else{m_iv[0].iov_base = m_write_buf + bytes_have_send;m_iv[0].iov_len = m_iv[0].iov_len - bytes_have_send;}// 判断条件，数据已全部发送完if (bytes_to_send <= 0){// 释放内存unmap();// 在epoll树上重置EPOLLONESHOT事件modfd(m_epollfd, m_sockfd, EPOLLIN, m_TRIGMode);// 浏览器的请求为长连接if (m_linger){// 重新初始化HTTP对象init();return true;}// 不保持else{return false;}}}
}

参考文献

[1] 最新版Web服务器项目详解 - 04 http连接处理（上）
[2] 最新版Web服务器项目详解 - 05 http连接处理（中）
[3] 最新版Web服务器项目详解 - 06 http连接处理（下）