服务器端网络编程全解析

### 服务器端网络编程全解析 #### 1. 服务器端网络编程简介 服务器端网络编程主要是设计和实现运行在服务器上的程序。服务器端应用程序以进程的形式运行在专用物理机、虚拟机或云基础设施上，它接收客户端的请求，并按照客户端的要求执行任务。最常见的服务器端应用就是 Web 服务器应用，它能根据 Web 客户端的请求，通过互联网向其交付 Web 文档。 一个典型的服务器端应用包含三个不同的层次： - **表示层**：使用户能够访问数据，并将数据转换为用户友好的内容。主要涉及图形用户界面，负责处理用户输入和向用户展示数据。 - **业务逻辑层**：处理与用户相关的命令，进行逻辑决策和数据处理，是实现任何应用核心功能的实际数据处理层。 - **资源层**：组织数据的存储和检索，使用数据库管理系统或文件系统，主要负责持久数据的存储和检索。 基于上述三层模型，可以定义四种类型的服务器端应用架构： |架构类型|适用场景|特点| | ---- | ---- | ---- | |单层应用|小型应用|所有层组合在一个实体中，一个层级负责数据存储和检索、数据处理和决策，以及数据展示和用户界面。| |两层应用|中型应用|表示层与业务逻辑层分离，用户界面相关模块与处理数据和决策的模块分开。| |三层应用|中大型应用|将三层分离为三个层级，每个层级有独立的模块，更易于开发、管理、扩展和维护。| |N 层应用|大型应用|为安全性、效率和可扩展性添加额外的层。| #### 2. 非 Java 服务器端网络编程解决方案 ##### 2.1 通用网关接口（CGI） 通用网关接口（CGI）是一种允许远程用户访问服务器提供服务的协议。通常，客户端是普通的 Web 浏览器，服务器端是普通的 Web 服务器。支持 CGI 的 Web 服务器需要进行配置，使其将所服务的 URL 解释为对 CGI 脚本或应用程序的引用。 常见的 CGI 脚本/应用程序部署方式有两种： - 在服务器目录树的根目录下创建一个 `cgi-bin/` 目录，并将此目录中的所有可执行文件视为 CGI 脚本/应用程序。当服务器收到请求时，会从 `cgi-bin/` 目录中运行相应的 CGI 脚本/应用程序。 - 为所有 CGI 脚本使用 `.cgi` 文件扩展名，Web 服务器可配置为将所有 `.cgi` 文件解释为 CGI 脚本。不过，如果远程用户可以上传带有相应扩展名的脚本，这种方法会使服务器面临攻击风险。 可以使用任何编程语言编写 CGI 处理代码，如 C/C++、Visual Basic、PERL 和 TCL 等。由于脚本语言修改简单，无需重新编译代码生成可执行应用程序和重新部署应用程序，因此更受青睐。典型的 CGI 脚本/应用程序步骤包括读取输入数据、处理提供的数据以及生成 HTML 输出文档到标准输出。 CGI 的主要缺点是安全性问题和性能问题。调用 CGI 脚本通常意味着在服务器上启动一个新进程，启动进程消耗的时间和内存比进程实际生成输出的工作要多得多。尤其是当程序还需要解释或编译时，如果脚本被频繁调用，服务器的负载会迅速增加。 ##### 2.2 超文本预处理器（PHP） 超文本预处理器（PHP）是一种强大的服务器端脚本语言，用于动态生成 Web 页面。客户端通常是普通的 Web 浏览器，服务器端运行普通的 Web 服务器。对于 PHP，Web 服务器必须安装 PHP 包才能解释 PHP 脚本。 PHP 是一种功能齐全的语言，支持表单处理、生成各种数据类型（不仅仅是文本）以及数据库访问，还提供面向对象编程特性支持。以下是一些 PHP 脚本在 HTML 文档中的示例： ```php <? print("Hello world!"); ?> <?php print("Hello world!"); php?> <script language="php"> print("Hello world!"); </script> ``` 为了进一步展示 PHP 的功能，下面的代码示例定义了一个递归删除文件夹及其内容的函数： ```php ##remDir removes all files/folders from path ($path) function remDir($path) { ##add a ’/’ at the end of the path if it does not exist if (substr($dir, strlen($path)-1, 1) != ’/’) $path .= ’/’; ##display the complete path echo $path; ##if the folder is opened successfully if ($handle = opendir($path)) { ##for each sub-folder while ($item = readdir($handle)) { ##if not current or parent folder if ($item != ’.’ && $item != ’..’) { ##if it is a folder if (is_dir($path.$item)) { ##delete recursively the folder if (!remDir($.$item)) return false; } ##if it is file elseif (is_file($path.$item)) { ##delete the file if (!unlink($path.$item)) return false; } } } ##close the parent folder closedir($handle); ##remove the parent folder if (!@rmdir($dir)) return false; return true; } return false; } ``` PHP 的主要优点包括：开源，由大量开发者社区开发和维护；相对快速且易于使用，采用类似 C 的语法；相当稳定，为各种功能开发提供强大的库支持；易于在各种平台上移植，内置数据库支持使其成为强大的服务器端应用开发工具。然而，它也存在一些缺点，主要是安全性问题，由于是开源的，系统中的每个漏洞都可能在代码中被检测到并被利用。此外，PHP 不太适合大型应用，因为它的模块化程度不高，难以维护，隐式转换也可能导致系统出现混淆和意外的错误。 #### 3. Java Servlet 概述 Java Servlet 是运行在服务器端的程序，能够根据客户端的请求动态生成内容。其架构基于客户端 - 服务器模式，客户端的 Web 浏览器作为用户界面或用户进程，向 Web 服务器发送针对特定 Servlet 的请求。Web 服务器中的 Servlet 容器负责管理 Servlet，它接收客户端的请求，并将其分发到相应的 Servlet。Servlet 接收到请求后，会处理请求，执行业务逻辑操作（如访问数据库系统或文件系统），并将结果以响应的形式发送给客户端。 使用 Java Servlet 为客户端提供专用服务具有以下优点： - **高效性**：由于 Java 虚拟机一直在运行，启动 Servlet 时只需创建一个新的 Java 线程，而不是像 CGI 那样创建一个系统进程，这大大提高了效率，降低了延迟。 - **持久性**：已经被 Servlet 容器加载的 Servlet 会保留在内存中，并能维护系统资源，如数据库连接，从而提供更快、更高效的资源访问。 - **灵活性**：Servlet 可以访问整个 Java API 集，是网络应用开发者的强大工具，它支持与 Web 服务器通信、在 Servlet 之间共享数据、在请求之间维护信息以及管理会话。 - **安全性**：Servlet 在 Servlet 容器的受限沙箱中运行，类似于 Web 浏览器对小程序的处理方式，这能保护整个系统免受恶意攻击，提供高级别的安全性。 - **成本效益**：有许多“免费”或低成本的 Web 服务器可供个人使用或处理低流量，如果你有 Web 服务器，可以轻松且低成本地添加 Servlet 技术。 - **便利性**：Servlet 利用 Java 平台，几乎所有 Web 服务器都支持，基于 Servlet 的解决方案通常可以无修改地部署到任何平台，具有高度的可移植性。 #### 4. Servlet 生命周期 Servlet 容器从多个方面管理 Servlet，它监听并接受来自客户端和其他 Servlet 的请求，将其分发到正确的 Servlet，并将 Servlet 的响应发送给调用方。最重要的是，它负责管理 Servlet 对象的生命周期和资源访问。 Servlet 的生命周期由 Servlet 容器管理，包括以下几个阶段： ```mermaid graph LR A[请求映射到 Servlet] --> B{Servlet 实例是否存在} B -- 否 --> C[实例化 Servlet 类，创建 Servlet 对象] B -- 是 --> D[创建新线程处理请求] C --> E[调用 init() 方法初始化实例] D --> F[调用 service() 方法处理请求] E --> F F --> G[根据请求的服务方法执行不同操作，生成响应] G --> H{容器是否决定销毁 Servlet} H -- 是 --> I[调用 destroy() 方法销毁 Servlet 实例] H -- 否 --> F ``` - **创建 Servlet 对象**：当请求映射到一个 Servlet 时，如果该 Servlet 的实例不存在，Servlet 类会被实例化，创建一个处理请求的 Servlet 对象。需要注意的是，每个 Servlet 定义只有一个 Servlet 实例，这个实例要处理多个请求，而且这些请求通常是同时接收的。 - **调用 init() 方法**：容器在实例化 Servlet 后，会调用 `init()` 方法对其进行初始化。 - **多次调用 service() 方法**：每当有请求到来时，容器会调用 `service()` 方法，并将请求和响应对象作为参数传递给它。请求参数中包含了所调用的服务方法的指示，对于 HTTP Servlet，这些服务方法包括 GET、DELETE、OPTIONS、POST、PUT 和 TRACE 等。 - **调用 destroy() 方法**：当容器决定销毁 Servlet 时，会调用 `destroy()` 方法，销毁 Servlet 实例。通常，这会在最后一次请求后的一段时间内发生，具体时间可以由系统管理员修改，一般为 15 或 30 分钟。 - **销毁 Servlet 对象**：`destroy()` 方法执行后，Servlet 对象被销毁。 在开发 Servlet 应用时，由于不同线程共享相同的内存空间，可能会导致数据