理解 HTTP 協議與 Socket 編程是後端開發的內功心法。本文從 HTTP 協議四步工作原理出發，逐步構建一個支持多線程併發、GET 請求處理、靜態文件服務、錯誤響應的輕量級 Web 服務器，代碼量不足 200 行卻包含服務器核心要素，是學習網絡編程、Servlet 容器原理的最佳切入點。

HTTP 協議工作流程

1. 建立連接：瀏覽器與服務器建立 TCP 連接（默認端口 80/8080）
2. 發送請求：瀏覽器發送 HTTP 請求報文（請求行 + 請求頭 + 請求體）
3. 處理響應：服務器解析請求，處理業務邏輯，返回 HTTP 響應報文（狀態行 + 響應頭 + 響應體）
4. 斷開連接：HTTP/1.0 默認短連接，完成即斷開；HTTP/1.1 支持 Keep-Alive

核心服務器實現

public class WebServer {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        int port = 8080;
        ServerSocket server = new ServerSocket(port);
        System.out.println("Web Server listening on port " + server.getLocalPort());

        int counter = 1;
        while (true) {
            Socket client = server.accept(); // 阻塞等待連接
            new ConnectionThread(client, counter++).start(); // 每連接一線程
        }
    }
}

class ConnectionThread extends Thread {
    private final Socket client;
    private final int id;

    public ConnectionThread(Socket client, int id) {
        this.client = client;
        this.id = id;
    }

    @Override
    public void run() {
        try {
            String clientIP = client.getInetAddress().toString();
            int clientPort = client.getPort();
            System.out.println("Connection " + id + ": " + clientIP + ":" + clientPort);

            PrintStream out = new PrintStream(client.getOutputStream());
            DataInputStream in = new DataInputStream(client.getInputStream());

            String requestLine = in.readLine(); // 讀取請求行
            System.out.println("Received: " + requestLine);

            if (isGetRequest(requestLine)) {
                String filename = getFilename(requestLine);
                File file = new File(filename);
                
                if (file.exists() && file.isFile()) {
                    serveFile(out, file);
                } else {
                    serve404(out);
                }
            }
            client.close();
        } catch (IOException e) {
            System.err.println("Connection " + id + " error: " + e.getMessage());
        }
    }

    private boolean isGetRequest(String line) {
        return line != null && line.toUpperCase().startsWith("GET ");
    }

    private String getFilename(String requestLine) {
        // GET /path/file.html HTTP/1.0
        String path = requestLine.substring(4, requestLine.indexOf(' ', 4));
        if (path.startsWith("/")) path = path.substring(1);
        if (path.isEmpty()) path = "index.html";
        return path;
    }

    private void serveFile(PrintStream out, File file) throws IOException {
        out.println("HTTP/1.0 200 OK");
        out.println("MIME_version: 1.0");
        out.println("Content_Type: text/html");
        out.println("Content_Length: " + file.length());
        out.println(); // 空行分隔頭體

        try (DataInputStream in = new DataInputStream(new FileInputStream(file))) {
            byte[] buffer = new byte[(int) file.length()];
            in.readFully(buffer);
            out.write(buffer);
            out.flush();
        }
    }

    private void serve404(PrintStream out) {
        String body = "" +
                      "
Error 404 - File Not Found
";
        out.println("HTTP/1.0 404 Not Found");
        out.println("Content_Type: text/html");
        out.println("Content_Length: " + body.length());
        out.println();
        out.println(body);
        out.flush();
    }
}

關鍵技術點深度解析

1. 多線程併發模型

• 一連接一線程：簡單直觀，適用於輕量級服務器
• 線程池優化：生產環境應使用 `ExecutorService` 避免線程創建開銷與 OOM 風險
• NIO 升級路徑：高併發場景可遷移至 `ServerSocketChannel` + `Selector` 事件驅動模型

2. HTTP 協議解析細節

// 標準請求行格式
GET /index.html HTTP/1.1
Host: localhost:8080
User-Agent: Mozilla/5.0
Accept: text/html
Connection: keep-alive

// 響應格式
HTTP/1.1 200 OK
Content-Type: text/html; charset=UTF-8
Content-Length: 1234
Date: Mon, 23 Jan 2023 10:00:00 GMT
Server: MiniJavaWeb/1.0

<html>...</html>

關鍵點：雙換行符（`\r\n\r\n`）分隔頭與體，`Content-Length` 必須準確，否則客戶端會掛起等待。

3. 安全性考量

1. 路徑遍歷防護：`getFilename` 必須規範化路徑，防止 `../../etc/passwd` 攻擊
2. MIME 類型映射：根據文件擴展名設置正確 `Content-Type`（CSS/JS/圖片等）
3. 輸入驗證：請求行長度限制，防緩衝區溢出

擴展方向：從玩具到生產級

啟動驗證

$ javac WebServer.java
$ java WebServer
Web Server listening on port 8080
Connection 1: /127.0.0.1:54321
Received: GET /index.html HTTP/1.1

瀏覽器訪問 `https://localhost:8080/index.html` 即可看到服務效果。