新入职的女程序员问我怎么用TCP编写一个HTTP服务

前言

前几天新来了一个前端小姐姐，而且就坐在我旁边，把母胎 solo 的我激动得说不出话来!!!!!
今天她突然问我：怎么用 TCP 编写一个 HTTP 服务，我懵了一下，心想：这次是我表现的机会了 😜，然后我就娓娓道来。

什么是 HTTP

言归正传，要写一个 http 服务首先要了解一下 HTTP 是一个什么样的东西。HTTP(HyperText Transfer Protocol)译为超文本传输协议，它是一种协议规范，也就是双方都要遵循的约定。
HTTP 协议属于应用层协议，如图 1 所示，它在传输层之上，且基于传输层 TCP 和网络层 IP 协议进行数据传输。

^{图 1 TCP/IP 传输通信协议层级}

HTTP 请求报文和响应报文

了解完 HTTP 的定义，既然 HTTP 是一种协议规范，那它肯定会遵循一些发送和响应的规范，它们称之为 HTTP 的请求(响应)报文。那么下面就来了解一下报文里面会有什么。

^{图 2 http 请求报文-1}

如图二所示，HTTP 请求报文里面第一行会定义方法，URL，版本号，以空格隔开，最后面是一个换行符\r\n
第二行开始就是报文首部字段，例如Host，User-Agent，Connection等 header 信息，每行以换行符\r\n隔开，最后用一个空行表示首部字段结束。
首部字段结束后就是报文主体，一般我们 POST 请求的数据会放在这里。
来看一个真实的 HTTP 请求报文头(图 3)

^{图 3 http 请求报文-2}

^{图 4 http 响应报文}

同理，HTTP 响应报文与请求报文大致相同，只是第一行有一些不一样，第一行按顺序填入的是版本，状态码，短语，最后是换行符\r\n
首部字段和报文主体与请求报文大致相同
文章主要讲解的是 HTTP 协议，如果想了解更多 TCP 的知识(TCP 连接三次握手，断开四次挥手)，请戳这里

大概的概念了解完了，接下来就是实践的一下了，怎么样用 TCP 手写一个 HTTP 服务（node）。

用 TCP 编写一个 HTTP 服务

1. 建立一个 TCP 连接

首先我们需要创建一个 TCP 服务，代码如下：

import net from "net";

const server = net.createServer((socket) => {
  socket.write("hello world");
  socket.pipe(socket);
  socket.end(); // 关闭连接
});

server.listen(9999, () => {
  console.log("tcp server running at 9999");
});

到这里，一个简易的 tcp 服务就搭起来，测试的时候使用的是telnet命令

可以看到返回的是hello world，到这里其实已经成功了一半，现在在浏览器访问的时候，他会报错，意思是：这是一个错误的响应，因为我们没有遵循 HTTP 响应报文去返回值。

2.按响应报文格式返回 data

知道了问题所在，那我们再看回 HTTP 响应报文的格式编写返回值，根据报文去构造返回值的格式

import net from "net";

const server = net.createServer((socket) => {
  socket.write(
    `HTTP/1.1 200 OK\r\nContent-Type: text/plain\r\n\r\nhello world`
  );
  socket.pipe(socket);
  socket.end(); // 关闭连接
});

server.listen(9999, () => {
  console.log("tcp server running at 9999");
});

我们再使用浏览器打开 http://localhost:9999，成功了！这时他不会报错了，并且返回的也是我们在内容实体输入的hello world

3.最后封装

上面代码其实已经基本上实现了 HTTP 服务了，但是 node 中的http模块是这样创建服务的

const http = require("http");
const server = http.createServer((req, res) => {
  res.end("hello world");
});

server.listen("9999");

依照这种创建服务的格式，来将其封装一下（代码可能有点长，源码地址会贴在文章最后小结里）

// index.ts 入口文件，对外暴露方法
import net from "net";
import { formatRequestMessage, IRequestData } from "./req";
import { Res } from "./res";

type handle = (req: IRequestData, res: Res) => void;

/**
 * 创建函数
 * @param handler function
 */
export const createServer = function (handler: handle) {
  const server = net.createServer((socket) => {
    closeConnection(socket);
    handleError(socket);
    console.log("user connect");
    socket.on("data", (data) => {
      console.log(data.toString());

      const req: IRequestData = formatRequestMessage(data.toString());
      const res = new Res({ socket });
      handler(req, res);
    });
  });

  function closeConnection(socket: net.Socket) {
    socket.on("end", () => {
      console.log("close connection");
    });
  }

  function handleError(socket: net.Socket) {
    socket.on("error", (err) => {
      console.log(err);
    });
  }

  server.listen("9999", () => {
    console.log("tcp server running at 9999");
  });
};

// req.ts 截取请求报文
export type IRequestData = {
  method: string;
  url: string;
  version: string;
  reqData: string;
  [key: string]: any;
};

/**
 * format request data
 * @param requestMsg user request http header
 */
export function formatRequestMessage(requestMsg: string): IRequestData {
  const requestArr = requestMsg.split("\r\n");

  const [method, url, version] = requestArr.splice(0, 1)[0].split(" ");
  let header: Record<string, any> = {};
  let reqData: string = "";
  let isHeader = true;
  for (let x in requestArr) {
    if (requestArr[x] !== "" && isHeader) {
      const [key, value] = requestArr[x].split(": ");
      header[key] = value;
    } else if (isHeader) {
      isHeader = false;
    } else {
      reqData += requestArr[x];
    }
  }

  return Object.assign({ method, url, version, reqData }, header);
}

// res.ts 响应报文处理方法
import net from "net";

type resData = {
  version: string;
  socket: net.Socket;
};

interface IConstructorData {
  version?: string;
  socket: net.Socket;
}

export class Res implements resData {
  public version: string;
  public socket: net.Socket;
  constructor({ version, socket }: IConstructorData) {
    this.version = version || "HTTP/1.1";
    this.socket = socket;
  }

  private formatSendData(
    status: number,
    message: string | number,
    header: Record<string, any> = {}
  ): string {
    const statusStr = this.getStatusStr(status);
    const resHead = `${this.version} ${status} ${statusStr}`;
    let headerStr = ``;
    for (let x in header) {
      headerStr += `${x}: ${header[x]}\r\n`;
    }
    return [resHead, headerStr, message].join("\r\n");
  }

  private getStatusStr(status: number): string {
    switch (status) {
      case 200:
        return "OK";
      case 400:
        return "Bad Request";
      case 401:
        return "Unauthorized";
      case 403:
        return "Forbidden";
      case 404:
        return "Not Found";
      case 500:
        return "Internal Server Error";
      case 503:
        return "Server Unavailable";
      default:
        return "Bad Request";
    }
  }

  // 暴露输出方法
  public end(
    status: number,
    message: any,
    options: { header?: {} } = { header: {} }
  ): void {
    const resFormatMsg = this.formatSendData(status, message, options.header);

    this.socket.write(resFormatMsg);
    this.socket.pipe(this.socket);
    this.socket.end();
  }
}

至此，一个简易的 HTTP 服务搭建完成，来测试一下

createServer((req, res) => {
  console.log(req);
  res.end(200, "hello world123");
});

请求报文能够成功截取到，浏览器中输出hello world123!

小姐姐听了后，激动的说：太好了，我回去可以教我男朋友了 😄。
我：？？？心想：RNM 退钱!!!

小结

本文简单地介绍了 HTTP 协议的内容，并且使用 node 利用 TCP 服务去编写一个 HTTP 服务，让我们对 HTTP 服务有一个更为深刻的理解。

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