• 基于boost/beast/实现HTTP client，完成从HTTP Server下载文件

    文章目录

    一.引言

    1.1 内容介绍

      为了实现客户端向服务端请求下载文件，本文基于HTTP协议实现了文件下载的客户端（c++基于boost/beast/http库）与服务端（python）程序，并且给出了两种下载方式：

    • 客户端直接下载文件，不对文件下载的正确性做判断；
    • 客户端对下载的文件做md5运算，并且与server下发的值作比较，以此来判断文件的正确性。

    1.2 应用场景

    • 文件下载；
    • 执行程序在线更新；
    • 证书颁发（考虑基于https或websockets协议）。

    1.3 boost/beast库介绍

      Beast是Boost中关于http(s)/websocket(s)的库，首发于boost 1.66（2016年），是比较新的库，它主要包含了http、websocket协议的解析（反序列化）和封装（序列化）以及关于网络的操作，它以asio为基础，但似乎又想隔离Asio。
      http、websocket仅涉及tcp，因此在beast范围内，也仅涉及tcp协议，Beast的网络操作基于Asio，但Beast的一个目标似乎是做一个完整的系统（猜测），因此beast将涉及到的网络数据操作都“重写”的一遍（一些是简单包装，一些是扩展），例如Asio空间被重新命名为net,对std:bind也扩展为bind_handler和bind_front_handler。
      beast设计了两套stream，一是用于http的tcp_stream，另一个是用于websocket的stream，它们之间没有直接关系，tcp_stream的相关定义如下：

    template< class Protocol, class Executor = net::executor,class RatePolicy = unlimited_rate_policy>
class basic_stream
using tcp_stream = basic_stream< net::ip::tcp, net::executor, unlimited_rate_policy >;

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      从实现上看，beast并没有利用asio中的streambuf，而是采用其中的概念，与buffer类结合，重新写了一大套接收/发送操作，与Asio中类似。
      在实现websocket时，beast作者试图体现网络分层的概念，采用get_lowest_layer()，get_next_layer()来获得更下层的实现类，websocket中的stream定义如下：

    template<
    class NextLayer,
    bool deflateSupported>
class stream

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    其中deflateSupported是websocket协议扩展，表示是否支持报文压缩，如果定义一个ws流:

    websocket::stream< boost::beast::tcp_stream > ws(ioc);

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      则上面那个ws的next layer就是boost::beast::tcp_stream。同样，beast重新写了一大套接收/发送操作。实际上，在basic_stream的实现代码中也可看到类似layer的身影，但并没有在文档中出现，猜测作者认为还不成熟，暂且在websocket中实验，估计在以后的版本中，网络分层的概念的会被强化。

    小结：

    1. Beast运用了boost的很多东西，很好地运用了template的特性，但使得学习成本高，看一个东西牵扯其他很多东西，对库的开发者来说，这不是问题，但对普通应用者来说，就是大问题。

    2. 作为偏向协议解析的库，Beast涉及很多网络操作，反而显得与协议解析部分绑定的较紧，例如: read(stream, buffer, request)；
      这样的功能感觉上分两步更灵活：read stream into buffer和 parse buffer into request，其中第一步由Asio或其他别的网络库来完成（以目前的实现，如果不采用Asio，真不知如何）。Beast中提供的API，涉及网络及相关的操作不算少数，并且提出了next layer, decorator等概念，目标比较宏大，但却有点偏离协议解析这个最基本的目标。实际的应用中，离不开诸如url encode,querystring parsing等功能，做web服务器应用时，还需要url routing，这些实用的功能，beast反而没有提供，所以有时会迷惑，beast到底定位成什么库呢。

    3. TCP数据就是流式数据，无论request还是response都是char序列（流），如果细分，还可以是text流或binary流，接收和发送由网络库负责，接收到时，由request卸载；发送前由response装载，负荷是其他具体类型类（与协议对应）的deserialization /serialization，以上是通常的思路，beast将类型确定提前了，由类型类才能构造出request/response，这种思路是否更好，见仁见智吧，但使用beas写代码时，应该适应这种思路。

    4. Beast提供了协议解析的一些新思路，形式的优美与运行的高效之间如何平衡，作为库作者，一般是强调前者，作为项目的作者，则一般强调后者。希望beast能找到一个兼容的方案。

    5. Asio已发展了若干版本，从每次boost版本的更新文档中，都可以看到Asio每次不断的努力，beast定位比较宏大，感觉还有很长的路走。

    二.基于boost/beast库的http client端代码实现

    2.1 仅文件传输

    2.1.1 http server端程序

    httpserver.py

    from http.server import HTTPServer, BaseHTTPRequestHandler
 
data = {'result': 'this is a test'}
host = ('localhost', 80)         # http server监听ip和端口
 
class Resquest(BaseHTTPRequestHandler):
    timeout = 5
    server_version = "Apache"      
    def do_GET(self):
        self.send_response(200)
        self.send_header("Content-type","text/plain")       # 设置服务器响应头，返回内容类型为纯文本类型
        self.end_headers()    
        file_path = self.path                               # 获取GET请求的URL
        print("reuqest file path: ",file_path)
        with open(file_path, encoding='utf-8') as file_obj:
            file_contents = file_obj.read().rstrip()        # 获取文件内容并存在file_contents中
        print("reuqest file contents: \n",file_contents)
        self.wfile.write(file_contents.encode())            # 里面需要传入二进制数据，用encode()函数转换为二进制数据 
        print("文件发送完成")
        # buf = '''
        #         
        #             
        #                 Get page
        #             
        #         
        #             
    
        #                 username: 
    
        #                 password: 
    
        #                 
        #             
    
        #         
        #         '''
        # self.wfile.write(buf.encode())  # 里面需要传入二进制数据，用encode()函数转换为二进制数据   
        #                                 # 设置响应body，即前端页面要展示的数据
 
    def do_POST(self):
        path = self.path
        print(path)
        # 获取post提交的数据
        datas = self.rfile.read(int(self.headers['content-length']))    #固定格式，获取表单提交的数据
        # datas = urllib.unquote(datas).decode("utf-8", 'ignore')
 
        self.send_response(200)
        self.send_header("Content-type","text/html")    #设置post时服务器的响应头
        self.send_header("test","This is post!")
        self.end_headers()
 
        html = '''
        
            
                Post page  
            
            
                Post Data:%s  
    
                Path:%s
            
        '''     %(datas,self.path)
        self.wfile.write(html.encode())  #提交post数据时，服务器跳转并展示的页面内容
 
if __name__ == '__main__':
    server = HTTPServer(host, Resquest)
    print("Starting http file server, listen at: %s:%s" % host)
    server.serve_forever()

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    2.1.2 http client端程序

    mian.cpp

    #include 
#include 

#include "httpclient.hpp"

int main(int argc,char** argv)
{
    std::string http_host_ip = "127.0.0.1";               // http文件服务器ip，host默认是80(可在connect函数中改端口)
    std::string remote_file_path = "/opt/test.json";      // 远端文件路径
    std::string local_file_path = "/opt/http/test.json";  // 本地文件路径

	//从remote_file_path下载文件到local_file_path
    cloud::downloader::download(http_host_ip, remote_file_path, local_file_path);

    return 0;
}

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    httpclient.hpp

    #ifndef __HTTPCLIENT_HPP__
#define __HTTPCLIENT_HPP__

#include 
#include 
#include 
#include 

#include 

namespace cloud {

    constexpr const char* HOST        = "127.0.0.1";

    /**
     * @brief   1.Http file downloader：Http文件下载器
     */
    class downloader
    {
    private:
        using string     = std::string;
        using io_context = boost::asio::io_context;
        using tcp        = boost::asio::ip::tcp;
        
        static tcp::socket connect(io_context& io, const string& host);

    public:
        static void   download(const string& host, const string& path, const string& target);
    };
}  // namespace cloud

#endif

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    httpclient.cpp

    #include 

#include 
#include 
#include 
#include 
#include 

#include "httpclient.hpp"

using namespace std;
using json     = nlohmann::json;
namespace asio = boost::asio;
namespace http = boost::beast::http;

namespace cloud {
    /**
     * @brief       Create tcp socket and connect
     * @param[in]   io      The asio io context
     * @param[in]   host    The server host
     * @return      Return the connected tcp socket
     */
    downloader::tcp::socket downloader::connect(io_context& io, const string& host)
    {
        tcp::socket          socket(io);
        tcp::resolver        resolver(io);
        tcp::resolver::query query(host, "80");
        asio::connect(socket, resolver.resolve(query));
        return socket;
    }

    /**
     * @brief       Http file download
     * @param[in]   host    The http server's host
     * @param[in]   path    The file path on server
     * @param[in]   target  Target local file path
     * @return      None
     */
    void downloader::download(const string& host, const string& path, const string& target)
    {
        std::cout << "[downloader] download from <" << host + ":" + path << "> to <" << target << ">" <<std::endl;
        std::cout << "[downloader] try connect to http file server"<<std::endl;
        asio::io_context io;
        //与remote file server建立连接，参数为：host==127.0.0.1:80(HTTP port默认为80)
        tcp::socket socket = downloader::connect(io, host);   
        std::cout << "[downloader] http connect established"<<std::endl;
        
        //! Http request send
        http::request<http::string_body> req(http::verb::get, path, 11);
        req.set(http::field::host, host);
        http::write(socket, req);
        std::cout << "[downloader] Http request send seccess"<<std::endl;

        // ! Http response get
        boost::beast::flat_buffer              buffer;
        http::response_parser<http::file_body> res;
        boost::beast::error_code               ec;
        res.get().body().open(target.c_str(), boost::beast::file_mode::write, ec);
        res.body_limit(std::numeric_limits<uint64_t>::max());
        std::cout << "[downloader] download starting"<<std::endl;
        http::read(socket, buffer, res);
        std::cout << "[downloader] file received done"<<std::endl;
    }
}  // namespace cloud

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    2.1.3 编译 & 执行

    http server端启动：

    python3 httpserver.py

    http client端编译：

    g++ main.cpp httpclient.cpp -lboost_system -lpthread

    http client端启动：

    ./a.out

    2.1.4 执行结果

    http server端：
    在这里插入图片描述
    http client端：
    在这里插入图片描述

    2.2 对传输的文件加md5校验

    2.2.1 http server端程序

    httpserver.py

    import hashlib     # 导入hash计算库

from http.server import HTTPServer, BaseHTTPRequestHandler
 
data = {'result': 'this is a test'}
host = ('localhost', 80)         # http server监听ip和端口
 
class Resquest(BaseHTTPRequestHandler):
    timeout = 5
    server_version = "Apache"      
    def do_GET(self):
        self.send_response(200)
        self.send_header("Content-type","text/plain")  #设置服务器响应头，返回内容类型为纯文本类型
        self.end_headers()    
        file_path = self.path                               # 获取GET的URL
        print("reuqest file path: ",file_path)
        with open(file_path, encoding='utf-8') as file_obj:
            file_contents = file_obj.read().rstrip()        # 获取文件内容存在file_contents中
        print("reuqest file contents: \n",file_contents)
        self.wfile.write(file_contents.encode())  # 里面需要传入二进制数据，用encode()函数转换为二进制数据 
        print("文件发送完成")
        md5 = hashlib.md5(file_contents.encode()).hexdigest()
        print("文件的md5值为: ",md5)
        
        # buf = '''
        #         
        #             
        #                 Get page
        #             
        #         
        #             
    
        #                 username: 
    
        #                 password: 
    
        #                 
        #             
    
        #         
        #         '''
        # self.wfile.write(buf.encode())  # 里面需要传入二进制数据，用encode()函数转换为二进制数据   
        #                                 # 设置响应body，即前端页面要展示的数据
 
    def do_POST(self):
        path = self.path
        print(path)
        # 获取post提交的数据
        datas = self.rfile.read(int(self.headers['content-length']))    #固定格式，获取表单提交的数据
        # datas = urllib.unquote(datas).decode("utf-8", 'ignore')
 
        self.send_response(200)
        self.send_header("Content-type","text/html")    #设置post时服务器的响应头
        self.send_header("test","This is post!")
        self.end_headers()
 
        html = '''
        
            
                Post page  
            
            
                Post Data:%s  
    
                Path:%s
            
        '''     %(datas,self.path)
        self.wfile.write(html.encode())  #提交post数据时，服务器跳转并展示的页面内容
 
if __name__ == '__main__':
    server = HTTPServer(host, Resquest)
    print("Starting http file server, listen at: %s:%s" % host)
    server.serve_forever()

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    2.2.2 http client端程序

    mian.cpp

    #include 
#include 
#include "httpclient.hpp"

int main(int argc,char** argv)
{
    std::string remote_file_path = "/opt/test.json";              // 远端文件路径
    std::string local_file_name = "test.json";                    // 本地文件路径
    std::string remote_md5 = "adea830c4612bb28229ba238e60441d1";  // 本地文件路径

    cloud::download_file(remote_file_path, local_file_name, remote_md5);
    return 0;
}

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    httpclient.hpp

    #ifndef __HTTPCLIENT_HPP__
#define __HTTPCLIENT_HPP__

#include 
#include 
#include 
#include 

#include 

namespace cloud {

    constexpr const char* HOST        = "127.0.0.1";     // 远端ip
    constexpr const char* DOWNLOAD_DIR = "/opt/http/";   // 下载文件存在本地的路径

    /**
     * @brief   1.Http file downloader：Http文件下载器
     */
    class downloader
    {
    private:
        using string     = std::string;
        using io_context = boost::asio::io_context;
        using tcp        = boost::asio::ip::tcp;
        
        static tcp::socket connect(io_context& io, const string& host);

    public:
        static void   download(const string& host, const string& path, const string& target);
        static string md5(const string& filepath);
    };
    
    /**
     * @brief   2.Helper for file operation：文件操作助手
     */
    class file_helper
    {
        using string = std::string;
    public:
        static void   move_file(const string& from, const string& to);
        static void   remove_file(const string& path);
        static string current_exe_path();
    };

    void download_file(const std::string& remote_path, const std::string& local_file_name, const std::string& md5);
}  // namespace cloud
#endif

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    httpclient.cpp

    #include 

#include 
#include 
#include 
#include 
#include 

#include "httpclient.hpp"

using namespace std;
using json     = nlohmann::json;
namespace asio = boost::asio;
namespace http = boost::beast::http;

namespace cloud {

    /**
     * @brief       Calculate file md5
     * @param[in]   filepath    The path of file to be calculate
     * @return      Return the md5 string
     */
    string downloader::md5(const string& filepath)
    {
        using boost::uuids::detail::md5;

        constexpr size_t size = 1024 * 1024;
        char             buf[size];
        md5              md5;

        // Loop read file and do md5 update
        ifstream ifs(filepath, ios::in | ios::binary);
        while (ifs) {
            ifs.read(buf, size);
            md5.process_bytes(buf, ifs.gcount());
        }
        md5::digest_type digest;
        md5.get_digest(digest);

        // Convert hex into string
        string str_digest(reinterpret_cast<const char*>(&digest), sizeof(md5::digest_type));
        return boost::algorithm::hex_lower(str_digest);
    }

    /**
     * @brief       Create tcp socket and connect
     * @param[in]   io      The asio io context
     * @param[in]   host    The server host
     * @return      Return the connected tcp socket
     */
    downloader::tcp::socket downloader::connect(io_context& io, const string& host)
    {
        tcp::socket          socket(io);
        tcp::resolver        resolver(io);
        tcp::resolver::query query(host, "80");
        asio::connect(socket, resolver.resolve(query));
        return socket;
    }

    /**
     * @brief       Http file download
     * @param[in]   host    The http server's host
     * @param[in]   path    The file path on server
     * @param[in]   target  Target local file path
     * @return      None
     */
    void downloader::download(const string& host, const string& path, const string& target)
    {
        std::cout << "[downloader] download from <" << host + ":" + path << "> to <" << target << ">" <<std::endl;
        std::cout << "[downloader] try connect to http file server"<<std::endl;
        asio::io_context io;
        //与remote file server建立连接，参数为：host==127.0.0.1:80(HTTP port默认为80)
        tcp::socket socket = downloader::connect(io, host);   
        std::cout << "[downloader] http connect established"<<std::endl;
        
        //! Http request send
        http::request<http::string_body> req(http::verb::get, path, 11);
        req.set(http::field::host, host);
        http::write(socket, req);
        std::cout << "[downloader] Http request send seccess"<<std::endl;

        // ! Http response get
        boost::beast::flat_buffer              buffer;
        http::response_parser<http::file_body> res;
        boost::beast::error_code               ec;
        res.get().body().open(target.c_str(), boost::beast::file_mode::write, ec);
        res.body_limit(std::numeric_limits<uint64_t>::max());
        std::cout << "[downloader] download starting"<<std::endl;
        http::read(socket, buffer, res);
        std::cout << "[downloader] file received done"<<std::endl;
    }

    /**
     * @brief       Remove file
     * @param[in]   path    The file to be removed
     */
    void file_helper::remove_file(const string& path) { ::remove(path.c_str()); }
    /**
     * @brief       Move file
     * @throw       std::runtime_error() if @ref ::rename() failed
     * @param[in]   from    The file to be move
     * @param[in]   to      The target path to be move to
     */
    void file_helper::move_file(const string& from, const string& to)
    {
        if (-1 == ::rename(from.c_str(), to.c_str()))
            throw runtime_error("move file failed <" + string(::strerror(errno)) + ">");
    }
    /**
     * @brief   Get current execute file path
     * @throw   std::runtime_error() if @ref ::readlink() failed
     * @return  Return the path
     */
    string file_helper::current_exe_path()
    {
        constexpr size_t size = 512;
        char             buf[size];

        auto length = ::readlink("/proc/self/exe", buf, size);
        if (-1 == length)
            throw runtime_error("get current execute file path failed");
        return string(buf, length);
    }

    /**
     * @brief   download file from http server
     * @throw   std::runtime_error() if download failed
     * @param   remote_path The file path on http server：/httpserver/file.txt
     * @param   local_file_name local file name
     * @param   md5         The md5 value from server
     */
    void download_file(const string& remote_path, const std::string& local_file_name, const string& md5)
    {
        // 生成local path = DOWNLOAD_DIR + local_file_name
        string local_path = string(DOWNLOAD_DIR) + local_file_name;  
        try {
            downloader::download(HOST, remote_path, local_path);  // 从remote server下载文件到local path
            string md5_result = downloader::md5(local_path);      // 计算得出的md5 hash值
            if (md5_result != md5) {                              // 计算的hash值与server返回的hash值比较
                throw runtime_error("MD5 verification failed.\n\tcalculated: " + md5_result
                                    + "\n\tfrom server: " + md5);
            }
            std::cout << "MD5 verification successed.\n\tcalculated: " << md5_result
                    << "\n\tfrom server: " << md5 << std::endl;
            // file_helper::move_file(local_path, file_helper::current_exe_path());  //将当前目录下的可执行文件更新为从http服务端下载的文件
        }
        catch (exception& ex) {
            file_helper::remove_file(local_path.c_str());
            std::cout<<"download_file exception: "<<ex.what()<<std::endl;
        }
    }
}  // namespace cloud

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    2.2.3 编译 & 执行

    http server端启动：

    python3 httpserver.py

    http client端编译：

    g++ main.cpp httpclient.cpp -lboost_system -lpthread

    http client端启动：

    ./a.out

    2.2.4 执行结果

    http server端：
    在这里插入图片描述
    http client端：
    在这里插入图片描述
    在这里插入图片描述
      注意：在客户端下载文件，并且从服务端获得该文件的md5哈希值，客户端对于收到的文件计算md5值，当两个md5值相等时，客户端判断收到的文件正确；当两个md5值不相等时，客户端判断收到的文件不正确，则删除该文件（丢弃）！

    三.总结

      在产品大规模线下部署的场景中，常常需要通过云端进行多终端的程序更新，本文给出了基于HTTP协议实现文件下载，可满足程序在线更新的场景需求；结合MQTT协议（可见上一篇文章）可实现批量终端订阅+更新的流程，后续会给出基于FTP协议实现文件下载。

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  • 原文地址：https://blog.csdn.net/weixin_42700740/article/details/126467681