网络编程第四课 http与websocket

http实现与websocket

预备知识

1.水平触发和边沿触发

水平触发是只要被监听的事件是可读状态，就会触发相应回调函数；

边沿触发是只有新的状态改变，才会触发相应回调函数。

换个方式理解：

对于水平触发，epoll监听的状态，如果一直是可读状态，就会一直调用回调函数；如果是边沿触发状态，只有状态改变，才会调用回调函数；

举例：

每次建立一个tcp连接，会有相应的clientfd文件描述符生成，假设此时客户端发送100个字符的数据，服务端的内核会把这100字符存放在buffer缓冲区中。当epoll监听到该clientfd可读时，就会作为事件驱动去调用回调函数，假设回调函数每次只能读取10个字符，那么本次回调函数只能获取前10个字符，结束本次回调。此时内核缓冲区中还剩下90个字符。

进入下一轮循环后，epoll如果是水平触发的状态，那么操作系统内核看到缓冲区还有字符，就会继续作为事件驱动调用回调函数再次读取接下来10个字符。直到循环10次，才能把第一次客户发送的数据读取完毕。

如果是边缘触发状态，即使进入了下一轮，内核不会因为缓冲区有数据而作为事件驱动，所以不会调用回调函数读取缓冲区的数据，只有当再一次客户端发送数据时，此时操作系统内核才会把该事件作为驱动，去调用回调函数，此时虽然客户端发送了两次数据，但是服务器才仅仅把第一次的第11个字符到第20个字符读取出来。

当然，如果使用边缘触发，可以在读取的时候采用while循环，这样就等同于水平触发了。

2.sprintf函数

把格式化的字符串写入到相应的字符串中。

cpp 复制代码

c->wlength = sprintf(c ->wbuffer, 
    "HTTP/1.1 200 OK\r\n"
    "Content-Type: text/html\r\n"
    "Accept-Ranges: bytes\r\n"
    "Content-Length:82\r\n"
    "Date: Tue,30 Apr 2024 13:16:46 GMT\r\n\r\n"
    "<html><head><title>0voice.king</title></head><body><h1>King</h1></body></html>\r\n\r\n");

把后面的字符串写入到wbuffer里面去，代表http响应的数据，相当于客户端是读取这部部分相应数据的。

相应部分的数据包含两部分：数据头和数据体

cpp 复制代码

状态行: HTTP/1.1 200 OK
表示使用 HTTP/1.1 协议，响应状态为 "200 OK"，即请求成功。

头部字段:
Content-Type: text/html 表示返回内容类型为 HTML 文档。

Accept-Ranges: bytes 表示支持字节范围请求。客户端可以请求部分文件。

Content-Length: 82 指明响应体的字节长度为82。这个值应该与实际返回内容的长度相对应。

Date: Tue, 30 Apr 2024 13:16:46 GMT 当前时间，表明该响应被生成时的日期和时间。

主体内容:
html
<html><head><title>0voice.king</title></head><body><h1>King</h1></body></html>
包含 HTML 内容，用于在网页上显示"King"标题。

3.stat结构体与stat()函数

stat 结构体用于获取文件的状态信息，例如文件大小、权限、创建时间等。它通常用于系统调用 stat()、fstat() 和 lstat() 等，以便于在程序中获取关于文件或目录的详细信息。它们的主要功能是填充一个 stat 结构体，该结构体包含有关文件或目录的详细信息，如大小、权限、时间戳等。以下是对这三个函数的详细解释：

cpp 复制代码

#include<stat.h>

struct stat stat_buff;

//调用fstat函数，把stat_buff结构体的内容填充完成，第一个参数是文件的fd
fstat(filefd, &stat_buff);

//调用stat函数，把stat_buff结构体的内容填充完成，第一个参数是文件的路径
stat("path", &stat_buff);

4.文件操作

open() close() read() write()

fopen() fclose() fread() fwrite()

第一组更倾向于底层的读取，更灵活；第二组更倾向于高层的读写，较为方便。

http

在之前的课程中完成了事件驱动，现在需要在原有逻辑上，实现一个http的事件驱动：如果有http请求，就返回相应内容。

相当于把之前的在回调函数里实现应用层的内容

在之前的课程中，实现了事件的驱动，即当有fd可读或可写状态时，直接调用相关的回调函数。在此基础上，通过应用层，以http为基础，实现一个webserver。当在浏览器输入地址敲回车后，服务器检测到有可读事件，调用

request（）函数。当服务器内核检测到有可写事件时，调用response（）函数。实现了简单的webserver，如下图：

代码如下：

cpp 复制代码

int send_cb(int fd) {
	http_response(&conn_list[fd]);

    //http头和体一起发送
	int count = send(fd, conn_list[fd].wbuffer, conn_list[fd].wlength, 0);
    //发送完直接修改下一轮的监听状态
	set_event(fd, EPOLLIN, 0);

	return count;
}

新版本代码的逻辑在于，服务器epoll检测到可读后调用request，随后把监听事件event设为可写事件，当下一轮循环时监听到她可写，就执行response函数。在执行response时，对于http而言，需要发送两个内容，一个是HTTP头，一个是http体。但是在实际开发过程中，往往需要将这两个写入的事件分开，即服务器需要连着进行两次写操作，第一次写完成后，在下一轮监听之前，还是监听其epollout状态，所以上一版代码需要改进。

于是引入了状态机的概念，状态机就是在event_rigister结构体中，添加一个整型变量，用不同的值代表不同的状态，决定下一轮开始监听之前，相应的事件是哪种事件：

修改后的代码如下：

cpp 复制代码

int sent_cb(int fd){
    http_response(&conn_list[fd]);

    int count = 0;
    if(conn_list[fd].status == 1){
        count = send(fd, conn_list[fd].wbuffer, conn_list[fd].wlength, 0);
        set_event(fd, EPOLLOUT, 0);
    }
    else if(conn_list[fd].status == 2){
        set_event(fd, EPOLLOUT, 0);      //保持下一轮继续监听EPOLLOUT
    }
    else if(conn_list[fd].status == 0){
        if(conn_list[fd].wlength != 0){
            count = send(fd, conn_list[fd].wbuffer, conn_list[fd].wlength, 0);
        }
        set_event(fd, EPOLLIN, 0);       //当HTTP头和体都发送完后，再将监听状态改为EPOLLIN
    }

    return count;
}

web_socket

以上所用的代码实现了一个webserver，基于此，可以设计出一个websocket。

什么是websocket？

WebSocket 是一种网络通信协议，旨在为客户端和服务器之间提供全双工、实时的通信通道。它是在 HTML5 规范中引入的，可以让浏览器与服务器进行持久化连接，以便实现低延迟的数据交换。

WebSocket 的特点：

全双工通信：客户端和服务器可以同时发送和接收消息，而不必等待对方完成操作。
轻量级：相较于传统的 HTTP 协议，WebSocket 头部信息更小，这减少了网络开销。
持久连接：一旦建立连接，双方可以一直保持这个连接，直到主动关闭。这样避免了频繁建立和关闭连接带来的性能损耗。
实时性：适合需要即时数据更新的应用，如在线聊天、游戏、股票行情等

如何实现？

新建一个文件，里面写两个函数用来替代之前webserver中的requeset 和 reponse即可。

课程地址：0voice · GitHub

一些心得

从webserver和websocket两个小项目出发，体会到，通过reactor的方式，可以很好的将网络管理和业务开发区分开。使用reactor框架，然后单独实现一个业务逻辑，只需要在reactor框架下把相关需要实现的回调函数进行修改就可以了。