Основы веб-программирования

Добро пожаловать в мир веб-программирования! В течение этого курса я постараюсь вас научить, а вы, в свою очередь, постараетесь научиться создавать всевозможные Web-приложения, от элементарных примеров, до полнофункциональных продуктов.

Сразу замечу, что я пишу, рассчитывая, что вы знаете основы языка разметки HTML и имеете хотя бы небольшой опыт программирования. В противном случае... ну вы поняли. :)

Но, прежде, чем начать изучение непосредственно языка PHP, давайте разберемся, что же такое веб-программирование.

I. Что такое веб-программирование. Основные технологии

I-1. Клиент-Сервер

Если вы уже пробовали (а может быть, даже и небезуспешно :)) программировать, например, на Delphi, или Visual Basic, или даже Visual C++, то привыкли к такой схеме работы программы: нажимается кнопочка - выполняется код - выводится результат, и все это выполняется на одном компьютере.

В веб-программировании все обстоит по-другому.

Вы задумывались, что происходит, когда вы вводите в адресной строке браузера URL (Universal Resource Location, или в просторечии - адрес)? Cхема работы следующая:

1. Браузер открывает соединение с сервером
2. Браузер отправляет серверу запрос на получение страницы
3. Сервер формирует ответ (чаще всего - HTML-код) браузеру и закрывает соединение
4. Браузер обрабатывает HTML-код и отображает страницу

Обратите внимание на выделенное жирным. Еще до того, как вы увидели на экране запрошенную страницу, соединение с сервером закрыто, и он о вас забыл. И когда вы введете другой (или тот же самый) адрес, или щелкните по ссылке, или нажмете на кнопку HTML-формы - та же схема повторится снова.

Такую схему работы называют "клиент-сервер". Клиент в данном случае - браузер.

Итак, соединение с веб-сервером длится всего несколько секунд (или долей секунд) - это промежуток времени между щелчком по ссылке (или другим способом запроса) и началом отображения страницы. Большинство браузеров во время соединения отображают некий индикатор, например, MS Internet Explorer отображает анимацию в правом верхнем углу.

Внимательный читатель здесь может заметить - а как же так, я уже читаю страницу, а индикатор все еще показывает процесс соединения? Дело в том, что тэг (загрузка изображения) и некоторые другие - это не более чем еще один запрос к серверу - и выполняется он точно также, как и любой другой - по той же схеме. И запрос картинки, с точки зрения сервера, полностью независим от запроса HTML-ника.

Чтобы навсегда избавиться от восприятия HTTP как "черного ящика", "притворимся" браузером с помощью telnet'а:

1. Запустим telnet www.php5.ru 80
2. Введем в окне терминала следующее (если ввод не отображается - ничего страшного):
   
   GET / HTTP/1.0 [здесь нажмем Enter]
   Host: www.php5.ru [здесь нажмем Enter дважды]
   

По экрану пробежит HTML-код страницы http://www.php5.ru/. Как видите - ничего сложного.

Картинки, фреймы - все это дополнительные запросы, точно такие же. Собственно, откуда берутся картинки в окне браузера: при парсинге (обработке) HTML-кода, браузер, натыкаясь на тэг осуществляет дополнительный запрос к серверу - запрос картинки , и отображает ее на месте, где стоит тэг .

Попробуйте:

telnet www.php5.ru 80

По экрану пробежит то, что вы увидите, если просмотрите этот png-файл в текстовом редакторе.

I-2. HTML-формы. Методы отправки данных на сервер

С HTML-формами вы наверняка уже встречались:

Сохранив данный код в HTML-файле и просмотрев его с помощью вашего любимого браузера, вы увидите привычную HTML-форму:

Рассмотрим используемые в этом небольшом примере тэги подробнее.

Тэг

• action - указывает URL (полный или относительный), на который будет отправлена форма. Отправка формы - это такой же запрос к серверу, как и все остальные (как я уже описал выше).
  Если этот атрибут не указать, большинство браузеров (точнее говоря, все известные мне браузеры) отправляют форму на текущий документ, то есть "саму на себя". Это удобное сокращение, но по стандарту HTML атрибут action обязателен.
• method - способ отправки формы. Их два.
  • GET - отправка данных формы в адресной строке.
    Вы могли заметить на различных сайтах присутствие в конце URL символа "?" и следующих за ним данных в формате параметр=значение . Здесь "параметр" соответствует значению атрибута name элементов формы (см. ниже про тэг ), а "значение" - содержимому атрибута value (в нем, например, содержится ввод пользователя в текстовое поле того же тэга ).
    Для примера - попробуйте поискать что-нибудь в Яндексе и обратите внимание на адресную строку браузера. Это и есть способ GET.
  • POST - данные формы отправляются в теле запроса. Если не совсем понятно (или совсем непонятно), что это такое - не беспокойтесь, скоро мы к этому вопросу вернемся.
  Если атрибут method не указан - подразумевается "GET".

Тэг - задает элемент формы, определяемый атрибутом type :

• Значение "text" задает однострочное текстовое поле ввода
• Значение "submit" задает кнопку, при нажатии которой происходит отправка формы на сервер

Итак, что же происходит, когда мы нажимаем кнопку "OK"?

1. Браузер просматривает входящие в форму элементы и формирует из их атрибутов name и value данные формы. Допустим, введено имя Vasya. В этом случае данные формы - name=Vasya&okbutton=OK
2. Браузер устанавливает соединение с сервером, отправляет на сервер запрос документа, указанного в атрибуте action тэга
   , используя метод отправки данных, указанный в атрибуте method (в данном случае - GET), передавая в запросе данные формы.
3. Сервер анализирует полученный запрос, формирует ответ, отправляет его браузеру и закрывает соединение
4. Браузер отображает полученный от сервера документ

Отправка того же запроса вручную (с помошью telnet) выглядит следующим образом (предположим, что доменное имя сайта - www.example.com):

telnet www.example.com 80

Как вы, скорее всего, уже догадались, нажатие submit-кнопки в форме с методом отправки "GET" аналогично вводу соответствующего URL (со знаком вопроса и данными формы в конце) в адресной строке браузера: http://www.example.com/cgi-bin/form_handler.cgi?name=Vasya&okbutton=OK

На самом деле, метод GET используется всегда, когда вы запрашиваете с сервера какой-либо документ, просто введя его URL, или щелкнув по ссылке. При использовании , к URL просто добавляются знак вопроса и данные формы.

Теперь заменим первую строку нашей формы на следующую:

Мы указали метод отправки "POST". В этом случае данные отправляются на сервер несколько другим способом:

telnet www.example.com 80

При использовании метода POST данные формы отправляются уже после "двух Enter-ов" - в теле запроса. Все, что выше - на самом деле заголовок запроса (и когда мы использовали метод GET, данные формы отправлялись в заголовке). Для того, чтобы сервер знал, на каком байте закончить чтение тела запроса, в заголовке присутствует строка Content-Length; о том же, что данные формы будут переданы виде параметр1=значение1&параметр2=значение2..., причем значения передаются в виде urlencode - то есть, точно так же, как и с помощью метода GET, но в теле запроса, - серверу сообщает заголовок "Content-Type: application/x-www-form-urlencoded".

Преимущество метода POST - отсутствие ограничения на длину строки с данными формы.

При использовании метода POST невозможно отправить форму, просто "зайдя по ссылке", как было с GET.

Для краткости изложения, введем термины "GET-форма" и "POST-форма", где префикс соответствует значению атрибута method тэга .

I-3. Технология CGI

В предыдущей главе мы с вами разобрались, как создать HTML-форму, и как браузер отправляет введенные в нее данные на сервер. Но пока что непонятно, что будет сервер делать с этими данными.

Сам по себе веб-сервер умеет просто отдавать запрошенную страницу, и ничего более того, и ему все переданные данные формы, в общем-то, совершенно безразличны. Для того, чтобы можно было обработать эти данные с помощью какой-либо программы и динамически сформировать ответ броузеру, и была изобретена технология CGI (Common Gateway Interface).

Взглянем на этот URL: http://www.example.com/cgi-bin/form_handler.cgi. Первое предположение, которое можно сделать на его счет, обычно такое: сервер отдает содержимое файла form_handler.cgi из каталога cgi-bin. Однако, в случае с технологией CGI дело обстоит по-другому. Сервер запускает программу form_handler.cgi и передает ей данные формы. Программа же формирует текст, который передается браузеру в качестве ответа на запрос.

Программу form_handler.cgi можно написать на любом языке программирования, главное - соблюдать в программе стандарт CGI. Можно использовать, например, популярный скриптовый язык Perl. А можно написать все и на Си. Или на shell-скриптах... Но мы, для примера, напишем эту программу на Си. Но сначала разберемся, как происходит обмен данными между веб-сервером и CGI-программой.

• Перед запуском CGI-программы, сервер устанавливает переменные окружения (вам они наверняка знакомы по команде PATH). В каждый мало-мальски серьезном языке программирования есть средства для чтения переменных окружения. Стандарт CGI определяет весьма значительный набор переменных, которые должны быть определены перед запуском CGI-программы. Рассмотрим сейчас только три из них:
  • REQUEST_METHOD - метод передачи данных - GET или POST (есть и другие, но пока мы их не рассматриваем)
  • QUERY_STRING - содержит часть URL после вопросительного знака, или, другими словами, данные GET-формы.
  • CONTENT_LENGTH - длина тела запроса (данные POST-формы).
• Сервер запускает CGI-программу. Тело запроса передается программе в виде стандартного ввода (stdin) - будто бы эти данные были введены с клавиатуры.
• Программа выдает ответ броузера на стандартный вывод (stdout) - "на экран". Этот вывод перехватывается веб-сервером и передается браузеру.

Это простейшая CGI-программа на Си, выводящая содержимое полученных от веб-сервера параметров форм. Браузер в результате получит примерно следующий код (если "засабмитить" на эту программу POST-форму из последнего примера):

Что при этом отобразится на экране пользователя, думаю, понятно без комментариев. :)

Как видите, даже простейшая программа вывода параметров не так-то проста. Более того, по стандарту HTTP почти все не алфавитно-цифровые символы (в т.ч. и русские буквы) передаются в так называемом UrlEncoded-виде (%XX, где XX - шестнадцатеричный код символа), и, если добавить в приведенную Си-программу код расшифровки UrlEncode, она уже не поместится на экран. А это - всего лишь базовые операции. А как вырастет программа на Си, если необходимо работать с базой данных?

Впрочем, написание CGI-программ на Си - довольно редкое извращение. :) Чаще всего это делают на Perl - языке, разработанном специально для обработки текстовых данных, а наличие модуля CGI делает написание CGI-скриптов намного более простой задачей. Здесь я не буду вас знакомить с Perl, отмечу лишь, что проблем остается достаточно: все же Perl не предназначен для Web, это язык универсальный. Да и сама технология CGI несовершенна: при каждом обращении происходит запуск программы (в случае с Perl - интерпретатор языка), а эта операция довольно ресурсоемкая: для домашней странички Васи Пупкина производительности, конечно, достаточно, но серьезный портал с десятками и сотнями тысяч хитов в сутки потребует уже огромных аппаратных мощностей.

А теперь взглянем на веб-сервер Apache. По своей природе он модульный, и позволяет подключать расширения добавлением одной строки в конфигурационный файл. (Ну, хорошо, хорошо, двух строк. :)). Было бы прекрасно, если бы существовал скриптовый язык, заточенный именно под Web, подключаемый модулем к Апачу, не так ли? Ну, вы уже поняли, к чему я клоню :) - это и есть PHP.

II. PHP: Препроцессор Гипертекста

В 1994-м году, один программист, по имени Rasmus Lerdorf, намучавшись с классическим перловым модулем CGI, решил написать несколько собственных Perl-скриптов, дабы было попроще создавать собственную домашнюю страницу, и назвал все это дело Personal Home Page (PHP). Через некоторое время ему понадобилось обрабатывать формы, ну и для увеличения производительности все было переписано на C - так появился Personal Home Page/Forms Interpreter (PHP/FI) 2.0. Труды свои Расмус, следуя принципам Open Source, выложил на всеобщее обозрение, и, в принципе, на некоторм количестве сайтов PHP/FI вполне успешно использовался, хотя был довольно примитивен.

В 1997-м на PHP/FI - в поисках инструмента для удобного Веб-скриптинга - наткнулись два других программера - Andi Gutmans и Zeev Suraski. Сама идея им понравилась, но функциональность и скорость работы PHP/FI оставляли желать лучшего, и Andi и Zeev решились переписать PHP с нуля. Язык получился универсальный и мощный, и вскоре привлек внимание множества веб-разработчиков: к концу 1998 года PHP3 использовался на ~10% веб-серверов. Скромное название "Personal Home Page" уже не очень-то соответствовало реальности, и название было изменено на - в лучших Unix-традициях - рекурсивное: PHP: Hypertext Preprocessor.

"Движок" PHP 4, названный Zend Engine, разрабатывался усилиями уже сформировавшегося и с тех пор непрерывно расрастающегося PHP community, и в 2000-м году вышла 4-я версия PHP, ставшая менее чем через полгода стандартом для Веб-разработки под Unix (и не только): каждый уважающий себя хостер предоставлял поддержку PHP. Сейчас подходит к концу разработка PHP5, основанного на новом Zend Engine 2...

Впрочем, хватит лирики. Давайте посмотрим на простой PHP-скрипт. Сначала немного изменим HTML-форму из предыдущего раздела:

А теперь - form_handler.php:

В отличие от Си или Perl, php-скрипт представляет собой обычную, в общем-то, HTML-страницу: "просто так" написанные тэги передаются "как есть", будто бы это обычный html-ник. Сам скрипт заключается в специальные тэги и ?>, внутри которых мы используем для вывода текста оператор echo. Таких блоков может быть сколько угодно, все, что между ними, интерпретируется как обычный html.