C++ WebServer：一个轻量级、高性能的Web服务器实现

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C++ WebServer：一个轻量级、高性能的Web服务器实现

项目概述

C++ WebServer 是一个由 linyacool 开发的开源Web服务器项目，采用纯C++11标准编写，不依赖任何第三方库。该项目旨在展示如何从零开始构建一个功能完整的Web服务器，涵盖了网络编程、多线程、HTTP协议解析等核心技术。

主要特性

1. 高性能架构设计

使用 Reactor 模式处理并发连接
采用线程池技术提高并发处理能力
基于 epoll 的 I/O 多路复用机制
支持边缘触发（ET）和水平触发（LT）模式

2. 完整的HTTP协议支持

支持 HTTP/1.1 协议
实现 GET 和 POST 请求处理
支持长连接（Keep-Alive）
完整的 HTTP 响应状态码

3. 资源高效管理

使用智能指针管理资源
实现连接池减少频繁创建销毁开销
内存池优化减少内存碎片

核心组件解析

网络层架构

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// 服务器主循环示例
void WebServer::Start() {
    // 初始化线程池
    threadpool = new ThreadPool(thread_num);
    
    // 创建监听套接字
    listen_fd = socket_bind_listen(port);
    
    // 设置epoll事件
    epoll_add(listen_fd, listen_event, false);
    
    while (!stop) {
        int event_count = epoll_wait(epoll_fd, events, MAX_EVENTS, -1);
        handle_events(event_count);
    }
}

HTTP请求处理

text

// HTTP请求解析示例
HTTP_CODE HttpRequest::parse_request_line(char* text) {
    // 解析请求行：方法 URI 协议版本
    m_url = strpbrk(text, " \t");
    *m_url++ = '\0';
    
    char* method = text;
    if (strcasecmp(method, "GET") == 0)
        m_method = GET;
    else if (strcasecmp(method, "POST") == 0)
        m_method = POST;
    
    // 继续解析URI和协议版本...
    return NO_REQUEST;
}

线程池实现

text

// 工作线程执行函数
void* ThreadPool::worker(void* arg) {
    ThreadPool* pool = static_cast<ThreadPool*>(arg);
    pool->run();
    return pool;
}

void ThreadPool::run() {
    while (!m_stop) {
        // 从任务队列获取任务
        Task task = take();
        if (task.func)
            task.func(task.arg);
    }
}

使用示例

1. 编译与运行

text

# 克隆项目
git clone https://github.com/linyacool/WebServer.git

# 编译
cd WebServer
make

# 运行服务器
./WebServer

2. 基本配置

项目通过配置文件或命令行参数进行配置：

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// 默认配置
#define PORT 10000           // 端口号
#define LOGWrite 1           // 日志写入方式
#define TRIGMode 3           // 触发模式
#define LISTENTrigmode 0     // listenfd触发模式
#define CONNTrigmode 0       // connfd触发模式
#define OPT_LINGER 0         // 优雅关闭连接
#define sql_num 8            // 数据库连接数量
#define thread_num 8         // 线程池线程数

3. 处理静态文件请求

服务器自动处理静态文件请求：

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// 静态文件响应示例
void HttpConn::process() {
    // 解析HTTP请求
    HTTP_CODE read_ret = process_read();
    
    if (read_ret == NO_REQUEST) {
        modfd(m_epollfd, m_sockfd, EPOLLIN);
        return;
    }
    
    // 生成响应
    bool write_ret = process_write(read_ret);
    if (!write_ret)
        close_conn();
    
    modfd(m_epollfd, m_sockfd, EPOLLOUT);
}

4. 自定义请求处理

可以扩展服务器以处理特定路由：

text

// 添加自定义路由处理
void handle_custom_request(HttpConn* conn) {
    // 解析请求路径
    if (strcmp(conn->get_path(), "/api/data") == 0) {
        // 处理API请求
        const char* response = "HTTP/1.1 200 OK\r\n"
                              "Content-Type: application/json\r\n"
                              "\r\n"
                              "{\"status\":\"success\",\"data\":\"Hello World\"}";
        conn->write(response, strlen(response));
    }
}

性能优化技巧

1. 内存管理优化

使用对象池减少动态内存分配
实现写缓冲区减少系统调用
零拷贝技术传输文件

2. 并发处理优化

每个工作线程独立epoll实例
使用互斥锁保护共享资源
条件变量实现任务调度

3. I/O优化

分散-聚集I/O（readv/writev）
定时器清理空闲连接
TCP_CORK选项优化小数据包传输

项目结构

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WebServer/
├── code/                 # 源代码目录
│   ├── http/            # HTTP协议处理
│   ├── lock/            # 锁机制
│   ├── log/             # 日志系统
│   ├── pool/            # 线程池和连接池
│   └── timer/           # 定时器
├── root/                # 网站根目录
├── test_presure/        # 压力测试
└── resources/           # 资源文件