掲示板のようなホームページを作成するには、
の知識が必要です。 残念ながら、プログラミングは1時間や2時間で理解できるものではありません。 そこで、演習では、コピーしたプログラムを部分的に書き換えることにします。 参考になるプログラムをコピーし、その一部を変更して利用するという経験は、それなりに意味があります。
パソコンには、ワープロ・ソフトや表計算ソフトなど、いくつかのソフトウェアがインストールされています。 そして、アイコンをクリックするなどしてソフトウェアを起動しますと、そのソフトウェアは稼働します。 稼働しているソフトウェアを プロセス （ process ） と呼びます。
また、パソコンをネットワークに接続しますと、メールやウェブなどが利用できます。 ネットワークに接続されているコンピュータを、 ホスト （ host ） と呼びます。 メールやウェブなどの機能を、抽象的に サービス （ service ） と呼びます。
ネットワーク・サービスを実現するためには、それぞれのホストにソフトウェアをインストールし、ホスト同士を通信回線で接続しますが、それだけでは足りません。 インストールしたソフトウェアを起動し、それぞれのホストのプロセスがネットワーク経由でメッセージを交換して、初めてネットワーク・サービスが実現するのです。 ここで、 メッセージ （ message ） とは、何らかの意味がある通信データの単位のことです。
それぞれのホストのプロセスは、勝手にメッセージを送りあうのではなく、何らかの規約に従ってメッセージを交換して、ネットワーク・サービスを実現しています。 サービスを実現するための通信規約を、そのサービスの プロトコル （ protocol ） と呼びます。
また、一つのホストの上で、同時に複数のソフトウェアが稼働している場合もあります。 ネットワーク・サービスにおけるメッセージは、ホストではなくホストのプロセスに送りますので、送り先のプロセスを区別しなければなりません。 これは、 ポート （ port ） と呼ばれる番号で区別します
ネットワーク・サービスの実現方式には、いくつかのパターンがあります。 その中で基本的なのが、クライアント・サーバ・モデルです。 クライアント・サーバ・モデル （ client-server model ） とは、クライアント・プロセスがサーバ・プロセスに要求メッセージを送信し、応答メッセージを待つというパターンです。 ここで、 クライアント （ client ） とは、データを要求する側のことで、 サーバ （ server ） とは、データを提供する側のことです。
クライアントとサーバの間のメッセージ交換は、必要に応じて何度も行われます。 以下は、そのイメージです。
| 時間 | クライアント | 通信回線 | サーバ |
|---|---|---|---|
| 1 | 要求メッセージ1 | →→→→ | |
| 2 | ←←←← | 応答メッセージ1 | |
| 3 | 要求メッセージ2 | →→→→ | |
| 4 | ←←←← | 応答メッセージ2 | |
| : | : | : | : |
以上の抽象論を、ウェブの場合に当てはめます。
まず、ウェブはネットワーク・サービスの一種です。 次に、ウェブのためのプロトコルは、 HTTP （HyperText Transfer Protocol） と呼ばれます。 最後に、ウェブはクライアント・サーバ・モデルに基づいています。
ウェブのためのクライアント・ソフトウェアは、 ウェブ・ブラウザ （ web browser ） と呼ばれます。 WindowsではInternet Explorer, Mac OS XではSafariが標準のウェブ・ブラウザです。 また、フリーソフトではMozilla Firefoxが有名です。
ウェブのためのサーバ・ソフトウェアは、 ウェブ・サーバ （ web server ） と呼ばれます。 WindowsではIISが標準のウェブ・サーバです。 また、フリーソフトではApacheが有名です。 Mac OS XでもApacheを採用しています。
ここでは、例として、東京女子大学の情報処理教室で東京女子大学のトップ・ページを閲覧する場合を考えます。
まず、ウェブ・サーバApacheは、東京女子大学の一室にあるホストwww.twcu.ac.jpの上で常時稼働しています。 そして、トップ・ページを閲覧するするユーザは、情報処理教室のMacでウェブ・ブラウザSafariを起動し、アドレス欄にトップ・ページのURL http://www.twcu.ac.jp/を入力します。 すると、Safariは、ネットワークの中からホストwww.twcu.ac.jpを探し出し、Apacheとの間で通信状態を確立します。
Safariは、Apacheに対して、トップ・ページのHTMLファイルを送るようにという要求メッセージを、プロトコルHTTPに従って送ります。 このメッセージを受け取ったApacheは、Safariに対して、トップページのHTMLファイルの内容（応答メッセージ）を、プロトコルHTTPに従って送ります。
Safariは、トップページにイメージ・ファイルが使われていることに気付き、Apacheに対して、イメージ・ファイルを送るようにとメッセージを送ります。 Apacheは、Safariに対して、イメージ・ファイルの内容を送ります。 数回のメッセージ交換の結果、必要なデータがすべてSafariに届き、最後にトップ・ページが表示されます。
以上のメッセージ交換をまとめますと、次のようになります。
| 時間 | Safari | 通信回線 | Apache |
|---|---|---|---|
| 1 | 「HTMLファイルを送れ。」 | →→→→ | |
| 2 | ←←←← | HTMLファイルの内容 | |
| 3 | 「イメージ・ファイルを送れ。」 | →→→→ | |
| 4 | ←←←← | イメージ・ファイルの内容 | |
| : | : | : | : |
なお、ウェブ・サーバのポート番号は、通常80番が使われます。
ウェブのプロトコルHTTPについて説明する前に、URLの書式について確認します。
HTTPのためのURLは、次のような書式が基本です。
ここで、ブラケットで囲まれた部分は、省略可能を意味します。
host はウェブ・サーバが稼働しているホストの名前です。 port はポート番号で、省略すると80番になります。 path はパス名で、省略すると"/"になります。 query はウェブ・サーバに与える追加データで、入力欄の内容などがここに来ます。
URLでは、":"や"/"など、一部の記号に特別な意味があります。 そのような記号がURLの成分に含まれる場合、記号は"%"付きの符号に置き換えられます。 例えば、":"は"%3a"に置き換えられますし、"/"は"%2f"に置き換えられます。 もちろん、"%"自身も置き換えられ、"%25"になります。 なお、スペースは"%20"に置き換えられます。 漢字なども置き換えられ、"%"付きの符号になります。
ウェブのプロトコルHTTPにおいて、クライアントからの要求メッセージは本質的にURLであり、サーバからの反応メッセージは本質的にファイルの内容です。
HTTPは過去に数回バージョン・アップし、現在はHTTP/1.0とHTTP/1.1が使われています。 ここでは、HTTP/1.1について説明します。
HTTPでは、要求メッセージも応答メッセージも、「ヘッダ+空行+本文」というパターンで構成されます。 ヘッダには本文に関するデータが列挙され、ヘッダと本文は空行で区切られます。 特に、ヘッダの1行目が最も重要です。
要求メッセージの1行目は、データを取得する場合、
GET
から始まります。
GET
の後には、URL, そしてHTTPのバージョンが続きます。
2行目以降には、ホストの名前（
Host
欄）や接続の継続性（
Connect
欄）などのデータが列挙されます。
応答メッセージの1行目は、HTTPのバージョンの後に、サーバの状態番号と状態語句が続きます。
要求の実現に成功した場合、状態番号と状態語句は
200 OK
となります。
2行目以降には、送信データの種類（
Content-Type
欄）や接続の継続性（
Connect
欄）などのデータが列挙されます。
空行を挟んで、送信データが続きます。
東京女子大学の情報処理教室で東京女子大学のトップ・ページを閲覧する場合、Safariからの最初の要求メッセージは次のようになります。
GET / HTTP/1.1 Host: www.twcu.ac.jp Connection: close （その他のデータ） （空行）
Apacheからの最初の応答メッセージは次の通りです。
HTTP/1.1 200 OK Content-Type: text/html; charset=iso-2022-jp Connection: close （その他のデータ） （空行） <html> <head> <title>東京女子大学-トップページ</title> （HTMLドキュメントの残り）
掲示板のようなホームページでは、通常、 CGI （Common Gateway Interface） と呼ばれる仕組みが使われます。 CGIを利用しますと、動的な内容を持つホームページが作成できます。
ウェブ・サーバは、通常、URLで指定されたファイルの内容を、ウェブ・ブラウザへ送ります。 一方、CGIで送るのは、その場で生成されたHTMLドキュメントです。 HTMLドキュメントを生成するソフトウェアは、 CGIプログラム （ CGI program ） や CGIスクリプト （ CGI script ） と呼ばれます。
CGIプログラムのファイルは、HTMLファイルと同様、特定のフォルダに格納されます。 URLでそのファイルが指定されますと、ウェブ・ブラウザはCGIプログラムを起動させます。 そして、入力欄の内容やデータベースを元にして、HTMLドキュメントが生成されます。 最後に、ウェブ・ブラウザは生成されたHTMLドキュメントを表示します。
例えば、掲示板のホームページの場合、データベースには過去の書き込みが格納されています。 ユーザがウェブ・ブラウザの入力欄に書き込みを行い、送信ボタンをクリックしますと、ウェブ・サーバはURLで指定された掲示板のCGIプログラムを起動させます。 CGIプログラムは、最新の書き込みをデータベースに追加し、データベースの内容からHTMLドキュメントを生成します。 最後に、ウェブ・ブラウザには、過去の書き込みに最新の書き込みを追加した内容が表示されます。
残念ながら、東京女子大学のウェブ・サーバでは、一般ユーザがCGIを利用することは許可されていません。 そこで、この授業では、簡単なウェブ・サーバをコピーしてもらい、自分で起動することにします。 このウェブ・サーバは、本来のCGIとは違うものですが、考え方は共通しています。
今日は、次のプログラムを実行します。 このプログラムは、「大吉」、「中吉」、「末吉」、「吉」、「小吉」、「凶」の6個の単語の中から1つをランダムに選び、HTMLドキュメントを構成するウェブ・サーバです。 プログラムの中に、サーバからの応答メッセージが埋め込まれていることを確認してください。
/* 1*/ import java.io.*; /* 2*/ import java.net.*; /* 3*/ /* 4*/ class OmikujiServer { /* 5*/ public static void main (String[] args) throws IOException { /* 6*/ ServerSocket ss = new ServerSocket(8080); /* 7*/ Socket s; /* 8*/ InputStreamReader isr; /* 9*/ BufferedReader br; /* 10*/ String request; /* 11*/ PrintWriter pw; /* 12*/ while (true) { /* 13*/ s = ss.accept(); /* 14*/ isr = new InputStreamReader(s.getInputStream()); /* 15*/ br = new BufferedReader(isr); /* 16*/ while (!((request = br.readLine()).equals(""))) { /* 17*/ System.out.println(request); /* 18*/ } /* 19*/ pw = new PrintWriter(s.getOutputStream()); /* 20*/ pw.println("HTTP/1.1 200 OK"); /* 21*/ pw.println("Content-Type: text/html; charset=Shift_JIS"); /* 22*/ pw.println("Connection: close"); /* 23*/ pw.println(); /* 24*/ pw.println("<html>"); /* 25*/ pw.println("<head>"); /* 26*/ pw.println("<title>おみくじサーバ</title>"); /* 27*/ pw.println("</head>"); /* 28*/ pw.println("<body>"); /* 29*/ switch ((int) (Math.random() * 6)) { /* 30*/ case 0: pw.println("<p>大吉</p>"); break; /* 31*/ case 1: pw.println("<p>中吉</p>"); break; /* 32*/ case 2: pw.println("<p>末吉</p>"); break; /* 33*/ case 3: pw.println("<p>吉</p>"); break; /* 34*/ case 4: pw.println("<p>小吉</p>"); break; /* 35*/ default: pw.println("<p>凶</p>"); break; /* 36*/ } /* 37*/ pw.println("</body>"); /* 38*/ pw.println("</html>"); /* 39*/ pw.close(); /* 40*/ br.close(); /* 41*/ s.close(); /* 42*/ } /* 43*/ // ss.close(); /* 44*/ } /* 45*/ }
まず、Jeditを起動し、このプログラムをコピーして、ファイルに保存してください。 ファイル名は"OmikujiServer.java"にし、文字コードはシフトJISにしてください。
次に、「ターミナル」を起動して、次のように入力してください。
b04a001@AsiaA1:~% cd WWW-local b04a001@AsiaA1:~/WWW-local% cd comp2e b04a001@AsiaA1:~/WWW-local/comp2e% javac OmikujiServer.java b04a001@AsiaA1:~/WWW-local/comp2e% java OmikujiServer
最後に、SafariでURL http://localhost:8080/を開きます。 すると、前述の6個の単語のどれかが表示されます。 再読み込みをしますと、単語が選び直されます。
なお、このURL http://localhost:8080/の"localhost"は、自分のホストを意味します。 また、"8080"はこのウェブ・サーバのポート番号です。
「ターミナル」には、Safariからの要求メッセージが出力されています。 ウェブ・サーバを終了するには、「ターミナル」の上で、controlキーを押しながら C キーを押します。
上記のプログラムを変更し、単語ではなく文章がランダムに表示されるウェブ・サーバを作成してください。 文章は、自分で考えるか、次の通りとします。
作業手順は、以下の通りです。
今日の演習9の答案（Javaプログラム）をメールで提出してください。 メールの差出人は学内のアドレス（b04a001@twcu.ac.jpなど）とし、メールの宛先はkonishi@twcu.ac.jpとします。 メールの本文には、学生番号、氏名、科目名、授業日（11月30日）を明記してください。