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前言：服务器是现代软件不可或缺的一部分，而服务器的技术也是非常复杂和有趣的方向。随着操作系统不断地发展，服务器的底层架构也在不断变化。本文介绍一种使用 C++ 和 多线程实现的简单 HTTP 服务器。

首先我们先来看一下如何创建一个服务器。

int main() {     int server_fd;    struct sockaddr_in server_addr;    server_fd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);    int on = 1;    setsockopt(server_fd, SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &on, sizeof(on));    if (server_fd < 0) {         perror("create socket error");         goto EXIT;    }    memset(&server_addr, 0, sizeof(server_addr));    server_addr.sin_family       = AF_INET;    server_addr.sin_port         = htons(8888);    server_addr.sin_addr.s_addr  = htonl(INADDR_ANY);    if (bind(server_fd, (struct sockaddr*)&server_addr, sizeof(server_addr)) < 0) {         perror("bind address error");         goto EXIT;    }    if (listen(server_fd, 511) < 0) {         perror("listen port error");         goto EXIT;    }    while(1) {        int connfd = accept(server_fd, nullptr, nullptr);        if (connfd < 0)         {             perror("accept error");             continue;        }        // 处理    }    close(server_fd);    return 0;EXIT:    exit(1); }

我们看到根据操作系统提供的 API，创建一个 TCP 服务器非常简单 ，只需要调用几个函数就行。最后进程会阻塞在 accept 等待连接的到来，我们在一个死循环中串行地处理每个请求。显然，这样的效率肯定非常低，因为如果我们使用传统的 read / write 函数的话，它是会引起进程阻塞的，这样就会导致多个请求需要排队进行处理。我们在此基础上利用多线程提高一下效率。

std::thread threads[MAX_THREAD];std::condition_variable condition_variable;std::deque requests;std::mutex mutex;for (int i = 0; i < MAX_THREAD; i++) {    threads[i] = std::thread(worker, &mutex, &condition_variable, &requests);}

多线程就会涉及到并发 / 同步的问题，所以需要使用互斥变量和条件变量来处理这些问题。上面的代码创建了几个线程，然后在每个线程中执行 worker 函数来处理请求，除此之外，用 requests 变量来表示请求队列，该变量会由主线程和子线程一起访问。具体是由主线程生产任务，子线程消费。在了解子线程逻辑之前先看看主线程代码的改动。

while(1) {      int connfd = accept(server_fd, nullptr, nullptr);      if (connfd < 0)       {           perror("accept error");           continue;      }      {          std::lock_guard lock(mutex);          requests.push_back(connfd);          condition_variable.notify_one();      }  }

我们看到当主线程收到请求时，自己不处理，而是添加到请求队列让子线程处理，因为子线程没有任务处理时会自我阻塞，所以主线程需要唤醒一个线程来处理新的请求。接下来看看子线程的逻辑。

void worker(std::mutex *mutex,            std::condition_variable *condition_variable,            std::deque *requests) {    int connfd;    while (true) {        {            std::unique_lock lock(*mutex);            // 没有任务则等待，否则取出任务处理            while ((*requests).size() == 0)            {                (*condition_variable).wait(lock);            }            connfd = (*requests).front();            (*requests).pop_front();        }        char buf[4096];        int ret;        while (1) {            memset(buf, 0, sizeof(buf));            int bytes = read(connfd, buf, sizeof(buf));             if (bytes <= 0) {                close(connfd);            } else {                write(connfd, buf, bytes);            }        }     }}

子线程不断从任务队列中取出任务，具体来说就是连接对应的文件描述符，然后不断读取里面的数据，最后返回给客户端。但是这样的功能显然没有太大意义，所以我们基于这个基础上实现一个 HTTP 服务，让它可以处理 HTTP 请求。当然我们手写一个优秀的 HTTP 解析器并非易事，所以我们直接使用开源的就好，这里选择的是 llhttp，这是 Node.js 所使用的 HTTP 解析器。这里就不具体罗列细节，大概介绍一下 llhttp 的用法。

typedef void (*p_on_headers_complete)(on_headers_complete_info, parser_callback);typedef void (*p_on_body_complete)(on_body_complete_info, parser_callback);typedef void (*p_on_body)(on_body_info, parser_callback);struct parser_callback {    void * data;    p_on_headers_complete on_headers_complete;    p_on_body on_body;    p_on_body_complete on_body_complete;};class HTTP_Parser {    public:        HTTP_Parser(llhttp_type type, parser_callback callbacks = {});        int on_message_begin(llhttp_t* parser);        int on_status(llhttp_t* parser, const char* at, size_t length);        int on_url(llhttp_t* parser, const char* at, size_t length);        int on_header_field(llhttp_t* parser, const char* at, size_t length);        int on_header_value(llhttp_t* parser, const char* at, size_t length);        int on_headers_complete(llhttp_t* parser);        int on_body(llhttp_t* parser, const char* at, size_t length);        int on_message_complete(llhttp_t* parser);        int parse(const char* data, int len);        int finish();        void print();};

HTTP_Parser 是我自己实现的 HTTP Parser Wrapper，主要是对 llhttp 的封装，我们看到 HTTP_Parser 里有很多回调钩子，对应的就是 llhttp 提供的，另外 HTTP_Parser 支持调用方传入钩子，也就是 parser_callback 所定义的。当 llhttp 回调 HTTP_Parser 时，HTTP_Parser 在合适的时机就会调用 parser_callback 里的回调，比如在解析完 HTTP Header 时，或者解析完整个报文时。具体的解析过程是当调用方收到数据时，执行 parse 函数，然后 llhttp 就会不断地调用我们传入的钩子。了解了 HTTP 解析器的大致使用，我们来看看怎么在项目里使用。

parser_callback callback = {            &connfd,            [](on_body_complete_info info, parser_callback callback) {                int* connfd = (int *)callback.data;                const char * data = "HTTP/1.1 200 OK\r\nServer: multi-thread-server\r\ncontent-length: 11\r\n\r\nhello:world\r\n\r\n";                write(*connfd, data, strlen(data));                close(*connfd);            },        };        HTTP_Parser parser(HTTP_REQUEST, callback);        char buf[4096];        int ret;        while (1) {            memset(buf, 0, sizeof(buf));            int error = 0;            ret = read(connfd, buf, sizeof(buf));             parser.parse(buf, ret);        }

这里只列出关键的代码，当我们收到数据时，我们通过 parser.parse(buf, ret) 调用 llhttp 进行解析，llhttp 就会不断地回调钩子函数，当解析完一个报文后，on_body_complete 回调就会被执行，在这里我们就可以对 HTTP 请求进行响应，比如这里返回一个 200 的响应报文，然后关闭连接。因为通过 llhttp 我们可以拿到具体的请求 url，所以我们还可以进一步拓展，根据 url 进行不同的处理。

到此为止，就实现了一个 HTTP 服务器了 ，在早期的时候，服务器也是采用这种多进程 / 多线程的处理方式，现在有了多路复用等技术后，很多服务器都是基于事件驱动来实现了。但是主线程接收请求，分发给子线程处理这种思想在有些服务器也还是存在的，比如 Node.js，只不过 Node.js 中是进程间进行传递。本文大概介绍到这里，服务器技术是非常复杂、有趣的方向，上层的架构也随着操作系统的能力不断在变化，本文只是作一个简单的探索和兴趣罢了，具体代码在 https://github.com/theanarkh/multi-thread-server。下面是架构图。