深入剖析TOMCAT

理解tomcat之搭建简易http服务器

　　　做过java web的同学都对tomcat非常熟悉。我们在使用tomcat带来的便利的同时，是否想过tomcat是如何工作的呢？tomcat本质是一个http服务器，本篇文章将搭建一个简单的http服务器。
1 Catalina模型
　　　首先我们先了解一下tomcat的大致工作原理。tomcat的核心是servlet容器，我们称它为Catalina(为什么叫这个名字？我也不知道￣へ￣)。模型图如1.1

                                        图1.1
    Connector是用来“连接”容器里边的请求的。它的工作是为接收到每一个 HTTP 请求构造一个 request 和 response 对象。然后它把流程传递给容器。容器从连接器接收到 requset 和 response 对象之后调用 servlet 的 service 方法用于响应。谨记,这个描述仅仅是冰山一角而已。这里容器做了相当多事情。例如,在它调用 servlet 的 service 方法之前,它必须加载这个 servlet,验证用户(假如需要的话),更新用户会话等等。以此为思路，我们就开始我们的构造http服务器之旅吧。
2 服务器搭建
　　首先我们明确一下我们的服务器的功能点。
　　1. 需要有一个类去接收http请求；
　　2. 需要一个自定义Request类和Response类，把接收到的请求构造成这两个类；
　　3. 根据请求的格式来确定处理方式：返回静态资源 or 进入Servlet ？
　　4. 需要一个Servlet类执行业务逻辑
　　UML图如下2.1
　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　                  图2.1
2.1 HttpServer　
首先构造HttpServer类

1 public class HttpServer {
2
3
4     private static final String SHUTDOWN_COMMAND = "/SHUTDOWN";
5     private static boolean shutdown = false;
6
7     public static void main(String[] args) {
8         HttpServer server = new HttpServer();
9         server.await();
10     }
11
12     public static void await() {
13         ServerSocket serverSocket = null;
14         int port = 8080;
15         try {
16             serverSocket = new ServerSocket(port, 1,
17                     InetAddress.getByName("127.0.0.1"));
18         } catch (IOException e) {
19             e.printStackTrace();
20             System.exit(1);
21         }
22         // Loop waiting for a request
23         while (!shutdown) {
24             Socket socket = null;
25             InputStream input = null;
26             OutputStream output = null;
27             try {
28                 socket = serverSocket.accept();
29                 input = socket.getInputStream();
30                 output = socket.getOutputStream();
31                 // create Request object and parse
32                 Request request = new Request(input);
33                 request.parseUrl();
34                 // create Response object
35                 Response response = new Response(output);
36                 response.setRequest(request);
37
38                 if (request.getUri().startsWith("/v2/")) {
39                     ServletProcessor processor = new ServletProcessor();
40                     processor.process(request, response);
41                 }
42                 else {
43                     StaticResourceProcessor processor =
44                             new StaticResourceProcessor();
45                     processor.process(request, response);
46                 }
47                 // Close the socket
48                 socket.close();
49                 //check if the previous URI is a shutdown command
50                 shutdown = request.getUri().equals(SHUTDOWN_COMMAND);
51             } catch (Exception e) {
52                 e.printStackTrace();
53                 System.exit(1);
54             }
55         }
56     }
57 }

　　我们的服务器启动入口放在了HttpServer里面。await()方法负责接收Socket连接，只有当用户输入了代表shutdown的URL时，服务器才会停止运行。Request类提供了解析请求的功能,根据请求的url，来决定是返回静态资源，或者进入对应的servlet类执行service逻辑。
    这里我们需要关注一下ServerSocket这个类的用法。Socket 类代表一个客户端套接字,即任何时候你想连接到一个远程服务器应用的时候，你都会第一时间想到这个类。而ServerSocket 和 Socket 不同,服务器套接字的角色是等待来自客户端的连接请求。一旦服务器套接字获得一个连接请求,它创建一个 Socket 实例来与客户端进行通信。 ServletSocket套接字的其中一个构造函数为
public ServerSocket(int port, int backLog, InetAddress bindingAddress);
    port代表端口号，backLog代表这个套接字可支持的最大连接数量，bindingAddress代表服务器绑定的地址。一旦你有一个 ServerSocket 实例，你可以通过调用 ServerSocket 类的 accept 方法j。这个监听当前地址的当前端口上的请求，方法只会在有连接请求时才会返回,并且返回值是一个 Socket 类的实例。
2.2 Request Response
     servlet 的 service 方法从 servlet 容器中接收一个 javax.servlet.ServletRequest 实例和一个 javax.servlet.ServletResponse 实例。这就是说对于每一个 HTTP 请求,servlet 容器必须构造一个 ServletRequest 对象和一个 ServletResponse 对象并把它们传递给正在服务的 servlet 的 service 方法。

1 public class Request implements ServletRequest {
2
3     private InputStream input;
4     private String uri;
5
6     public Request(InputStream input) {
7         this.input = input;
8     }
9
10     public String getUri(){
11         return uri;
12     }
13
14     public void parseUrl() {
15         StringBuffer request = new StringBuffer(2048);
16         int i;
17         byte[] buffer = new byte[2048];
18
19         try {
20             i = input.read(buffer);
21         } catch (IOException e) {
22             e.printStackTrace();
23             i = -1;
24         }
25
26         for (int j = 0; j < i; j++) {
27             request.append((char) buffer[j]);
28         }
29
30         System.out.print(request.toString());
31         uri = parseUri(request.toString());
32     }
33
34     private static String parseUri(String requestString) {
35         int index1, index2;
36         index1 = requestString.indexOf(' ');
37         if (index1 != -1) {
38             index2 = requestString.indexOf(' ', index1 + 1);
39             if (index2 > index1)
40                 return requestString.substring(index1 + 1, index2);
41         }
42         return null;
43     }
44
45     @Override
46     public Object getAttribute(String name) {
47         return null;
48     }
49
50     @Override
51     public Enumeration getAttributeNames() {
52         return null;
53     }
54
55     @Override
56     public String getCharacterEncoding() {
57         return null;
58     }
59
60     @Override
61     public void setCharacterEncoding(String env) throws UnsupportedEncodingException {
62
63     }
64
65     @Override
66     public int getContentLength() {
67         return 0;
68     }
69
70     @Override
71     public String getContentType() {
72         return null;
73     }
74
75     @Override
76     public ServletInputStream getInputStream() throws IOException {
77         return null;
78     }
79
80     @Override
81     public String getParameter(String name) {
82         return null;
83     }
84
85     @Override
86     public Enumeration getParameterNames() {
87         return null;
88     }
89
90     @Override
91     public String[] getParameterValues(String name) {
92         return new String[0];
93     }
94
95     @Override
96     public Map getParameterMap() {
97         return null;
98     }
99
100     @Override
101     public String getProtocol() {
102         return null;
103     }
104
105     @Override
106     public String getScheme() {
107         return null;
108     }
109
110     @Override
111     public String getServerName() {
112         return null;
113     }
114
115     @Override
116     public int getServerPort() {
117         return 0;
118     }
119
120     @Override
121     public BufferedReader getReader() throws IOException {
122         return null;
123     }
124
125     @Override
126     public String getRemoteAddr() {
127         return null;
128     }
129
130     @Override
131     public String getRemoteHost() {
132         return null;
133     }
134
135     @Override
136     public void setAttribute(String name, Object o) {
137
138     }
139
140     @Override
141     public void removeAttribute(String name) {
142
143     }
144
145     @Override
146     public Locale getLocale() {
147         return null;
148     }
149
150     @Override
151     public Enumeration getLocales() {
152         return null;
153     }
154
155     @Override
156     public boolean isSecure() {
157         return false;
158     }
159
160     @Override
161     public RequestDispatcher getRequestDispatcher(String path) {
162         return null;
163     }
164
165     @Override
166     public String getRealPath(String path) {
167         return null;
168     }
169
170     @Override
171     public int getRemotePort() {
172         return 0;
173     }
174
175     @Override
176     public String getLocalName() {
177         return null;
178     }
179
180     @Override
181     public String getLocalAddr() {
182         return null;
183     }
184
185     @Override
186     public int getLocalPort() {
187         return 0;
188     }
189 }

Request类代表一个 request 对象并被传递给 servlet 的 service 方法。就本身而言,它必须实现 javax.servlet.ServletRequest 接口。这个类必须提供这个接口所有方法的实现。不过,我们想要让它非常简单并且仅仅提供实现其中一些方法，比如解析url的功能。在Request初始化时初始化成员变量inputStream，并且用parseUrl()方法创建了一个字节数组来读入输入流，并转化为成一个StringBuffer对象，进而解析url。

1 public class Response implements ServletResponse {
2
3     private static final int BUFFER_SIZE = 1024;
4     Request request;
5     OutputStream output;
6     PrintWriter writer;
7
8     public Response(OutputStream output) {
9         this.output = output;
10     }
11
12     public void setRequest(Request request) {
13         this.request = request;
14     }
15
16     public void sendStaticResource() throws IOException {
17         byte[] bytes = new byte[BUFFER_SIZE];
18         FileInputStream fis = null;
19         try {
20             File file = new File(HttpServer.WEB_ROOT, request.getUri());
21             if (file.exists()) {
22                 fis = new FileInputStream(file);
23                 int ch = fis.read(bytes, 0, BUFFER_SIZE);
24                 while (ch != -1) {
25                     output.write(bytes, 0, ch);
26                     ch = fis.read(bytes, 0, BUFFER_SIZE);
27                 }
28             } else {
29                 String errorMessage = "HTTP/1.1 404 File Not Found\r\n" +
30                         "Content-Type: text/html\r\n" + "Content-Length: 23\r\n" + "\r\n" +
31                         "<h1>File Not Found</h1>";
32                 output.write(errorMessage.getBytes());
33             }
34         } catch (Exception e) {
35             System.out.println(e.toString());
36         } finally {
37             if (fis != null)
38                 fis.close();
39         }
40     }
41
42     @Override
43     public String getCharacterEncoding() {
44         return null;
45     }
46
47     @Override
48     public String getContentType() {
49         return null;
50     }
51
52     @Override
53     public ServletOutputStream getOutputStream() throws IOException {
54         return null;
55     }
56
57     @Override
58     public PrintWriter getWriter() throws IOException {
59         writer = new PrintWriter(output, true);
60         return writer;
61
62     }
63
64     @Override
65     public void setCharacterEncoding(String charset) {
66
67     }
68
69     @Override
70     public void setContentLength(int len) {
71
72     }
73
74     @Override
75     public void setContentType(String type) {
76
77     }
78
79     @Override
80     public void setBufferSize(int size) {
81
82     }
83
84     @Override
85     public int getBufferSize() {
86         return 0;
87     }
88
89     @Override
90     public void flushBuffer() throws IOException {
91
92     }
93
94     @Override
95     public void resetBuffer() {
96
97     }
98
99     @Override
100     public boolean isCommitted() {
101         return false;
102     }
103
104     @Override
105     public void reset() {
106
107     }
108
109     @Override
110     public void setLocale(Locale loc) {
111
112     }
113
114     @Override
115     public Locale getLocale() {
116         return null;
117     }
118 }

Response类则提供了发送静态资源的功能。sendStaticResource()方法根据request内解析过的url，在本地寻找指定文件。如果找得到，把文件内容读出到浏览器，如果找不到，那么返回404的错误码。
2.3 PrimitiveServlet类

1 public class PrimitiveServlet implements Servlet {
2
3     @Override
4     public void init(ServletConfig config) throws ServletException {
5         System.out.println("init");
6     }
7
8     @Override
9     public ServletConfig getServletConfig() {
10         return null;
11     }
12
13     @Override
14     public void service(ServletRequest req, ServletResponse res) throws ServletException, IOException {
15         System.out.println("from service");
16         PrintWriter out = res.getWriter();
17         out.println("Hello. Roses are red.");
18         out.print("Violets are blue.");
19     }
20
21     @Override
22     public String getServletInfo() {
23         return "this is v2 info";
24     }
25
26     @Override
27     public void destroy() {
28         System.out.println("destroy");
29     }
30 }

PrimitiveServlet实现了标准的Servlet接口。我们简单的实现了Servlet生命周期的其他方法，并在service()方法我们做了最简单的向浏览器吐文字的操作。
2.4 ServletProcessor 和 StaticResourceProcessor

1 public class ServletProcessor {
2
3     public void process(Request request, Response response) {
4         String uri = request.getUri();
5         String servletName = uri.substring(uri.lastIndexOf("/") + 1);
6         Class myClass = null;
7         try {
8             myClass = Class.forName("tomcat.v2." + servletName);
9         } catch (ClassNotFoundException e) {
10             System.out.println(e.toString());
11         }
12         Servlet servlet = null;
13         try {
14             servlet = (Servlet) myClass.newInstance();
15             servlet.service((ServletRequest) request, (ServletResponse) response);
16         } catch (Exception e) {
17             e.printStackTrace();
18         } catch (Throwable e) {
19             e.printStackTrace();
20         }
21     }
22 }

ServletProcessor是处理serlvet请求的类。它的作用在于，根据请求的路径实例化对应的Servlet，并且执行该Servlet的service()方法。

1 public class StaticResourceProcessor {
2
3     public void process(Request request, Response response){
4         try{
5             response.sendStaticResource();
6         }catch (IOException e){
7             e.printStackTrace();
8         }
9     }
10 }

　StaticResourceProcessor则简单的调用response的sendStaticResource()方法来返回静态资源。
    最后我们还需要建一个辅助类Constants指定静态资源的存放路径

1 public class Constants {
2     public static final String WEB_ROOT = System.getProperty("user.dir") + File.separator + "webroot";
3 }
3 启动服务器
    启动main函数来启动我们的http服务器。在浏览器输入http://localhost:8080/test，得到的结果如图3.1


                   　　　　　　　　　　　　　　　　            图3.1
这个url访问的是我的电脑中的一个文件test，它的存储路径为 /Users/wangyu/Documents/workspace/Tomcat/webroot/test，即当前项目的webroot目录下。
我们还可以输入一个servlet地址查看效果。在浏览器输入http://localhost:8080/v2/PrimitiveServlet,得到的结果如图3.2
       　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　图3.2
     这和我们的PrimitiveServlet的输出是一致的。
4 结语
    当然，tomcat的功能比我们的简易http服务器强大的多。但是通过这个最简单的http服务器，是否让你对http服务器有更深的一点了解了呢？

参考资料：
1 深入剖析Tomcat

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