Python 高手之路：從零開始打造一個Web伺服器
文 | Ruslan Spivak譯 | EarlGrey
推薦 | 編程派公眾號（ID：codingpy）
有一天，一位女士散步時經過一個工地，看見有三個工人在幹活。她問第一個人，「你在做什麼？」第一個人有點不高興，吼道「難道你看不出來我在砌磚嗎？」女士對這個答案並不滿意，接著問第二個人他在做什麼。第二個人回答道，「我正在建造一堵磚牆。」然後，他轉向第一個人，說道：「嘿，你砌的磚已經超過牆高了。你得把最後一塊磚拿下來。」女士對這個答案還是不滿意，她接著問第三個人他在做什麼。第三個人抬頭看著天空，對她說：「我在建造這個世界上有史以來最大的教堂」。就在他望著天空出神的時候，另外兩個人已經開始爭吵多出的那塊磚。他慢慢轉向前兩個人，說道：「兄弟們，別管那塊磚了。這是一堵內牆,之後還會被刷上石灰的，沒人會注意到這塊磚。接著砌下層吧。」
這個故事的寓意在於，當你掌握了整個系統的設計，明白不同的組件是以何種方式組合在一起的（磚塊，牆，教堂）時候，你就能夠更快地發現並解決問題（多出的磚塊）。
但是，這個故事與從頭開發一個網路伺服器有什麼關係呢？
在我看來，要成為一名更優秀的程序員，你必須更好地理解自己日常使用的軟體系統，而這就包括了編程語言、編譯器、解釋器、資料庫與操作系統、網路伺服器和網路開發框架。而要想更好、更深刻地理解這些系統，你必須從頭重新開發這些系統，一步一個腳印地重來一遍。
孔子曰：不聞不若聞之，聞之不若見之，見之不若知之，知之不若行之。
不聞不若聞之
聞之不若見之
見之不若知之，知之不若行之。
譯者註：上面原作者所引用的那段話在國外的翻譯是：I hear and I forget, I see and I remember, I do and I understand。外國人普遍認為出自孔子，但在查找這句英文的出處時，查到有篇博文稱這句話的中文實際出自荀子的《儒效篇》，經查確實如此。
我希望你讀到這裡的時候，已經認可了通過重新開發不同軟體系統來學習其原理這種方式。
《自己動手開發網路伺服器》會分為三個部分，將介紹如何從頭開發一個簡易網路伺服器。我們這就開始吧。
首先，到底什麼是網路伺服器？
簡而言之，它是在物理伺服器上搭建的一個網路連接伺服器（networking server），永久地等待客戶端發送請求。當伺服器收到請求之後，它會生成響應並將其返回至客戶端。客戶端與伺服器之間的通信，是以HTTP協議進行的。客戶端可以是瀏覽器，也可以是任何支持HTTP協議的軟體。
那麼，網路伺服器的簡單實現形式會是怎樣的呢？下面是我對此的理解。示例代碼使用Python語言實現，不過即使你不懂Python語言，你應該也可以從代碼和下面的解釋中理解相關的概念：
將上面的代碼保存為 ，或者直接從我的Github倉庫下載，然後通過命令行運行該文件：
接下來，在瀏覽器的地址欄輸入這個鏈接：http://localhost:8888/hello，然後按下回車鍵，你就會看見神奇的一幕。在瀏覽器中，應該會出現「Hello, World!」這句話：
是不是很神奇？接下來，我們來分析背後的實現原理。
首先，我們來看你所輸入的網路地址。它的名字叫URL（Uniform Resource Locator，統一資源定位符），其基本結構如下：
通過URL，你告訴了瀏覽器它所需要發現並連接的網路伺服器地址，以及獲取伺服器上的頁面路徑。不過在瀏覽器發送HTTP請求之前，它首先要與目標網路伺服器建立TCP連接。然後，瀏覽器再通過TCP連接發送HTTP請求至伺服器，並等待伺服器返回HTTP響應。當瀏覽器收到響應的時候，就會在頁面上顯示響應的內容，而在上面的例子中,瀏覽器顯示的就是「Hello, World!」這句話。
那麼，在客戶端發送請求、伺服器返迴響應之前，二者究竟是如何建立起TCP連接的呢？要建立起TCP連接，伺服器和客戶端都使用了所謂的套接字（socket）。接下來，我們不直接使用瀏覽器，而是在命令行使用 手動模擬瀏覽器。
在運行網路伺服器的同一台電腦上，通過命令行開啟一次 會話，將需要連接的主機設置為 ，主機的連接埠設置為 ，然後按回車鍵：
完成這些操作之後，你其實已經與本地運行的網路伺服器建立了TCP連接，隨時可以發送和接收HTTP信息。在下面這張圖片里，展示的是伺服器接受新TCP連接所需要完成的標準流程。
在上面那個 會話中，我們輸入 ，然後按下回車：
你成功地手動模擬了瀏覽器！你手動發送了一條HTTP請求，然後收到了HTTP響應。下面這幅圖展示的是HTTP請求的基本結構：
HTTP請求行包括了HTTP方法（這裡使用的是 方法，因為我們希望從伺服器獲取內容），伺服器頁面路徑（ ）以及HTTP協議的版本。
為了盡量簡化，我們目前實現的網路伺服器並不會解析上面的請求，你完全可以輸入一些沒有任何意義的代碼，也一樣可以收到"Hello, World!"響應。
在你輸入請求代碼並按下回車鍵之後，客戶端就將該請求發送至伺服器了，伺服器則會解析你發送的請求，並返回相應的HTTP響應。
下面這張圖顯示的是伺服器返回至客戶端的HTTP響應詳情：
我們來分析一下。響應中包含了狀態行 ，之後是必須的空行，然後是HTTP響應的正文。
響應的狀態行 中，包含了HTTP版本、HTTP狀態碼以及與狀態碼相對應的原因短語（Reason Phrase）。瀏覽器收到響應之後，會顯示響應的正文，這就是為什麼你會在瀏覽器中看到「Hello, World!」這句話。
這就是網路伺服器基本的工作原理了。簡單回顧一下：網路伺服器首先創建一個偵聽套接字（listening socket），並開啟一個永續循環接收新連接；客戶端啟動一個與伺服器的TCP連接，成功建立連接之後，向伺服器發送HTTP請求，之後伺服器返回HTTP響應。要建立TCP連接，客戶端和伺服器都使用了套接字。
現在，你已經擁有了一個基本可用的簡易網路伺服器，你可以使用瀏覽器或其他HTTP客戶端進行測試。正如上文所展示的，通過 命令並手動輸入HTTP請求，你自己也可以成為一個HTTP客戶端。
下面給大家布置一道思考題：如何在不對伺服器代碼作任何修改的情況下，通過該伺服器運行Djando應用、Flask應用和Pyramid應用，同時滿足這些不同網路框架的要求？
答案將在《自己動手開發網路伺服器》系列文章的第二部分揭曉。
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