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课程设计简单web服务器的设计与实现uml设计

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2020年4月19日
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简单web服务器的设计与实现
一、 设计内容及设计要求 
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。
设计内容
Web服务器是web中的关键部件，设计一个简单的Web服务器，为用户提供简单的信息服务。
设计要求
本实验要求完成一个简单的web服务器的设计与实现，能够经过HTTP Get 命令获得一个简单的HTML文件。
设计目的
经过web服务器的设计与实现，能够达到以下目的：掌握网络编程的知识与技能；掌握HTTP协议的相关知识；熟悉网络软件的开发过程，锻炼解决实际问题的能力。
二、 总体设计
HTTP协议的作用原理包括四个步骤：
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。
请求：Web浏览器经过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。
应答：Web浏览器提交请求后，经过HTTP协议传送给Web服务器。Web服务器接到后，进行事务处理，处理结果又经过HTTP传回给Web浏览器，从而在Web浏览器上显示出所请求的页面。
关闭连接：当应答结束后，Web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。

客户端采用的是浏览器，整个系统需要设计的是服务器
服务器的用例描述
服务器实现的功能能够描述为3个用例
允许建立连接
提供服务
允许断开连接

服务器的活动图
整个工作流程如下

三、 详细设计及代码
服务器对象的静态关系

服务器对象的静态关系
服务器类的设计
public class Main 启动程序
public class Frame extends JFrame implements ActionListener 实现系统管理员查看服务器状态
public class Net 实现允许建立连接，提供服务，允许断开连接

代码
public class Main 启动程序
package server;

// http://ylx-PC:1111/index.html
public class Main {//接口的实现
public static void main(String[] args) { //启动程序
new Frame(); //建立窗体
}
}

public class Frame extends JFrame implements ActionListener 实现系统管理员查看服务器状态

package server;

import java.awt.*;
import java.awt.event.*;
import java.util.Date;
import javax.swing.*;

public class Frame extends JFrame implements ActionListener {
// 建立窗体组件
JPanel btnPan = new JPanel(new FlowLayout(FlowLayout.CENTER));
private JLabel listenPortLb = new JLabel("设置监听端口: ");
private JLabel tishi = new JLabel("Webserver信息:");
private JLabel tian = new JLabel(" ");
private JTextField portTf = new JTextField("8080", 4);//设置默认端口号
JButton controlBtn = new JButton("开始");//设置按钮名称
JButton clearHintBtn = new JButton("清空");
private JTextArea hintTa = new JTextArea("动态监测服务信息\n");
private Net net;
public Frame() {
initComponent(); //初始化界面
net = new Net(this);
}
private void initComponent() { //初始化所有界面组件
buildBtnPan();
buildHintPan();
setSize(600, 450);//设置窗体大小
Toolkit tool = Toolkit.getDefaultToolkit();
setLocation((tool.getScreenSize().width - this.getSize().width) / 2,
(tool.getScreenSize().height - this.getSize().height) / 2
); //设置窗体位置
this.addWindowListener(new WindowAdapter(){
public void windowClosing(WindowEvent arg0) {
Frame.this.setVisible(true);
Frame.this.dispose();
}
});
setTitle("一个简单的 Web服务器");
setDefaultCloseOperation(EXIT_ON_CLOSE);
setVisible(true);
}
//构建按钮面板
public void buildBtnPan() { //实现窗体布局
JLabel tc= new JLabel();
Box boxV1=Box.createHorizontalBox();
Box boxV2=Box.createHorizontalBox();
Box box=Box.createVerticalBox();
boxV1.add(listenPortLb);
boxV1.add(Box.createHorizontalStrut(10));
boxV1.add(portTf);
boxV1.add(Box.createHorizontalStrut(10));
boxV1.add(controlBtn);
boxV2.add(tishi);
boxV2.add(Box.createHorizontalStrut(10));
boxV2.add(tian);
boxV2.add(Box.createHorizontalStrut(10));
boxV2.add(clearHintBtn);
box.add(boxV1);
box.add(Box.createVerticalStrut(8));
box.add(boxV2);
btnPan.add(box); //加入所有按键
add(btnPan, BorderLayout.NORTH);//将按键放置在北部面板
portTf.requestFocus();
portTf.selectAll();
controlBtn.addActionListener(this);
clearHintBtn.addActionListener(this);
}

public void buildHintPan() {
hintTa.setEditable(false);
JScrollPane scrollPane = new JScrollPane(); //添加滑动条
scrollPane.setBorder(BorderFactory.createLoweredBevelBorder());
scrollPane.getViewport().add(hintTa);
add(scrollPane, BorderLayout.CENTER); //置在中部面板
}
public void actionPerformed(ActionEvent arg0) { //各个出现的问题监测
Object source = arg0.getSource();
//判断按钮提示文字内容
if (source == clearHintBtn) {
hintTa.setText("");
return;
}
String msg = controlBtn.getText();
if (msg.equals("开始")) {
controlBtn.setText("停止");
tian.setText("服务器启动接口 "+portTf.getText());
portTf.setEditable(false);
net.start(portTf.getText());
hintTa.setText(hintTa.getText()+"\n---------------------------" +
"-开启服务器 "+new Date().toLocaleString()+"---------------------------------\n\n");
} else {
tian.setText("关闭服务器接口 "+portTf.getText());
controlBtn.setText("开始");
portTf.setEditable(true);
net.stop();
}
}
public void addHint(String s) {
hintTa.setText(hintTa.getText() + s);
}
}

public class Net 实现允许建立连接，提供服务，允许断开连接

package server;
import java.io.*;
import .*;
import java.util.*;
import javax.swing.*;

public class Net { //实现允许建立连接，提供服务，允许断开连接
int i=0;
private Frame frame;
private ServerSocket serverSocket;
public Net(Frame frame) {//将WebServerFrame 和WebServerNet连接起来
this.frame=frame;
}
//点击“开始”按钮出现的结果
public void start(String port) {
//对异常进行处理
try {
serverSocket=new ServerSocket(Integer.parseInt(port));

new Thread(){
//对于线程重写run()
public void run() {
try{
while(true) {
Socket socket=serverSocket.accept();//允许与服务器连接
new HandlerThread(socket).start();//开启线程
}
}catch (Exception e) {
JOptionPane.showMessageDialog(frame, e.getMessage());
}
}
}.start();
} catch (Exception ex) {
JOptionPane.showMessageDialog(frame, ex.getMessage());
}
}
public void stop() {
try{
if(serverSocket!=null)
serverSocket.close();
}catch(Exception e) {
}finally{
frame.addHint("\n---------------------------" +
"-关闭服务器 "+new Date().toLocaleString()+"--------------------------------\n");
}
}
//增加新的线程
class HandlerThread extends Thread {
private Socket socket;
private String hostName;
public HandlerThread(Socket socket) {
this.socket=socket;
this.hostName=socket.getInetAddress().getHostAddress();
i++;
frame.addHint(" "+i+" "+"主机 "+hostName+" 连接成功 ");
}
//重写 run()
public void run() {
BufferedReader in=null; //浏览器和服务器间交互的输入流
PrintStream out=null; //浏览器和服务器间交互的输出流
BufferedInputStream fin=null; //服务器端文件的输入字符流
try{
in=new BufferedReader(new InputStreamReader(socket.getInputStream()));
out=new PrintStream(socket.getOutputStream());
//从浏览器提交的请求头部中获得想访问的文件名称
String src=in.readLine().split(" ")[1];
//将浏览器想获得的文件名称输出至提示框
frame.addHint("获得服务 "+" 时间"+new Date().toLocaleString()+"\n");
//对浏览器想获得的文件名称进行去除?后面内容处理
//示例: /index.html?a=b -> /index.html
int index=src.indexOf("?");
if(index>=0)src.substring(0,index);
//如果浏览器没指定访问的页面,则返回 index.html 页面内容
if("/".equals(src)) src="/index.html";
File srcFile=new File("html"+src);
//如果浏览器访问的页面不存在,则返回 404.html 页面内容
if(!srcFile.exists()||!srcFile.canRead())
srcFile=new File("html/404.html");
//输出响应头部信息
out.println("HTTP/1.1 200 OK");
out.println("服务器: IIS Web服务器 V01");
out.println("最后修改时间: "+new Date(srcFile.lastModified()));
out.println("文件总字节: "+getContentType(srcFile));
out.println("文件总长度: "+srcFile.length());
out.println("时间: "+new Date());
out.println();
//输出响应体部信息
fin=new BufferedInputStream(new FileInputStream(srcFile));
byte[] buffer=new byte[1024*8];
int i=-1;
while((i=fin.read(buffer))!=-1) {
out.write(buffer,0,i);
}
}catch(Exception e) {
e.printStackTrace();
}finally{
try{
if(in!=null)in.close();
if(out!=null)out.close();
if(fin!=null)fin.close();
}
catch(Exception e){}
}
}
}
//文件的接收
public String getContentType(File file) {
String fileName=file.getName();
String type=fileName.substring(fileName.indexOf("."));
String result="空";
if(".gif".equals(type)) result="image/gif";
else if(".html".equals(type)) result="text/html";
else if(".htm".equals(type)) result="text/html";
else if(".txt".equals(type)) result="text/plain";
else if(".xml".equals(type)) result="text/xml";
return result;
}
}
四、 调试及运行结果
启动用exe4j生成的myserver.exe应用程序

初始化如图

设置端口8080，单击开始 开启服务器

打开浏览器 地址栏输入 http://ylx-pc:8080/ 得到结果如图

服务器端结果

单击停止，暂停服务器服务

五、 总结
经过此次实验，我基本了解了Web服务器的设计和工作原理，掌握了一些JAVA网络编程方法，更加深了我对书本知识的理解：
Web服务器与客户端的通信使用HTTP协议（超文本传输协议），因此也叫做HTTP服务器。用Java构造Web服务器主要用二个类，.Socket和.ServerSocket，来实现HTTP通信。课程设计在此基础上实现一个简单但完整的Web服务器。
HTTP协议是一种请求-应答式的协议——客户端发送一个请求，服务器返回该请求的应答。　HTTP请求由三个部分构成，分别是：方法-URI-协议/版本，请求头，请求正文。HTTP应答也由三个部分构成，分别是：协议-状态代码-描述，应答头，应答正文。
Socket代表着网络连接的一个端点，应用程序经过该端点向网络发送或从网络读取数据。位于两台不同机器上的应用软件经过网络连接发送和接收字节流，从而实现通信。要把消息发送给另一个应用，首先要知道对方的IP地址以及其通信端点的端口号。
Socket类代表的是“客户”通信端点，它是一个连接远程服务器应用时临时创立的端点。ServerSocket等待来自客户端的连接请求；一旦接收到请求，ServerSocket创立一个Socket实例来处理与该客户端的通信。
课程设计的过程中，我了解到课程设计不但仅是编代码，更是做系统设计，同时也是和同学互相交流经验的过程。课程设计是一个将书本知识转化为实际应用的难得机会，也是加强我们动手设计能力的机会。设计难免会遇到了一些问题，但经过和同学交流，上网查资料，最终还是把问题解决了。
总的看来，我觉得这次课程设计使我的专业知识丰富了不少，可是同时也发现了自己在在专业方面存在的一些不足，例如知识不够系统，编程语言不能灵活的运用。同时，这次课程设计也为我以后的学习指明了方向。