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【C++网络编程】番外篇（实战）：基于Boost.Asio协程的HTTP服务器实现与静态文件服务开发指南

news 2025/4/1 18:54:23

一、引言：协程化网络编程的优势

在传统的同步IO模型中，每个连接需要独占线程资源，当面对高并发场景时会产生巨大的线程切换开销。Boost.Asio的协程支持通过以下方式解决这个问题：

无栈协程（Stackless Coroutine）
基于C++20协程TS实现，每个协程仅需约1KB内存
协作式调度
通过co_await关键字实现非阻塞等待，避免线程切换
天然异步集成
与Asio的异步IO模型完美结合，实现高效资源利用

二、核心实现：HTTP协议解析器

1. HTTP请求结构体定义

struct http_request {std::string method;         // 请求方法（GET/POST等）std::string path;           // 请求路径（如"/index.html"）std::map<std::string, std::string> headers; // 请求头键值对std::string body;           // 请求体内容
};

2. 协程化请求解析函数

asio::awaitable<http_request> parse_http_request(tcp::socket& socket) {http_request req;                     // 存储解析结果beast::flat_buffer buffer;            // 高效二进制缓冲区http::request_parser<http::dynamic_body> parser; // 动态body解析器// 关键步骤1：异步读取请求头co_await http::async_read_header(socket, buffer, parser, asio::use_awaitable);auto& msg = parser.get(); // 获取解析后的消息对象

3. 请求方法解析

// 将boost::string_view转换为std::string
req.method = std::string(msg.method_string());

方法来源：method_string()返回boost::beast::string_view
转换必要性：避免原始数据被缓冲区释放后失效
支持方法：自动处理GET/POST/PUT/DELETE等标准方法

4. 请求路径处理

req.path = std::string(msg.target()); // 原始请求路径

示例输入：/api/status
注意点：此时路径包含原始查询字符串，需后续处理
安全性：需要后续的路径消毒（sanitize_path）

5. 请求头解析

for (auto const& field : msg) {std::string name = std::string(field.name_string());std::string value = std::string(field.value());req.headers[name] = value;
}

遍历机制：msg实现了begin/end迭代器
头字段示例：
a）Content-Type: application/json
b）Authorization: Bearer token
大小写处理：Boost.Beast自动转换为小写键名

6. 请求体处理

if (parser.content_length().value_or(0) > 0) {co_await http::async_read(socket, buffer, parser, asio::use_awaitable);req.body = beast::buffers_to_string(parser.get().body().data());
}

条件判断：仅当存在有效Content-Length时读取body
异步读取：继续从socket读取剩余数据
数据转换：将多个buffer片段拼接为完整字符串
性能考量：对于大文件应考虑流式处理

7. 完整代码

//http_parser.hpp
#pragma once
#include <boost/asio.hpp>
#include <boost/beast.hpp>
#include <sstream>
#include <map>namespace asio = boost::asio;
namespace beast = boost::beast;
namespace http = beast::http;
using tcp = asio::ip::tcp;struct http_request {std::string method;std::string path;std::map<std::string, std::string> headers;std::string body;
};asio::awaitable<http_request> parse_http_request(tcp::socket& socket) {http_request req;beast::flat_buffer buffer;http::request_parser<http::dynamic_body> parser;// 读取请求头co_await http::async_read_header(socket, buffer, parser, asio::use_awaitable);auto& msg = parser.get();// 1: 转换methodreq.method = std::string(msg.method_string());// 2: 转换target路径req.path = std::string(msg.target());// 3: 转换headersfor (auto const& field : msg) {std::string name = std::string(field.name_string());std::string value = std::string(field.value());req.headers[name] = value;}// 4: 转换body内容if (parser.content_length().value_or(0) > 0) {co_await http::async_read(socket, buffer, parser, asio::use_awaitable);req.body = beast::buffers_to_string(parser.get().body().data());}co_return req;
}

三、通用工具类

1. 通用响应函数

asio::awaitable<void> send_response(tcp::socket& socket,http::status status,const std::string& body = "") {http::response<http::string_body> res;res.result(status);res.set(http::field::server, "AsioHTTP/1.0");res.body() = body;res.content_length(body.size());co_await http::async_write(socket, res, asio::use_awaitable);
}

应用场景：

发送错误响应（404/500等）
返回简单文本信息
调试信息输出

2. 完整代码

//utils.hpp
#pragma once
#include <boost/asio.hpp>asio::awaitable<void> send_response(tcp::socket& socket,http::status status,const std::string& body = "") 
{http::response<http::string_body> res;res.result(status);res.set(http::field::server, "AsioHTTP/1.0");res.body() = body;res.content_length(body.size());co_await http::async_write(socket, res, asio::use_awaitable);
}

四、API处理类

1. `send_json`函数

asio::awaitable<void> send_json(tcp::socket& socket, const json& data) {http::response<http::string_body> res;res.result(http::status::ok);                      // 设置状态码200res.set(http::field::content_type, "application/json"); // 内容类型res.body() = data.dump();                          // JSON序列化res.content_length(res.body().size());             // 显式设置内容长度co_await http::async_write