手寫一個(gè)簡(jiǎn)化版Tomcat

Tomcat作為Web服務(wù)器深受市場(chǎng)歡迎，有必要對(duì)其進(jìn)行深入的研究。在工作中，我們經(jīng)常會(huì)把寫好的代碼打包放在Tomcat里并啟動(dòng)，然后在瀏覽器里就能愉快的調(diào)用我們寫的代碼來(lái)實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的功能了，那么Tomcat是如何工作的？

一、Tomcat工作原理

我們啟動(dòng)Tomcat時(shí)雙擊的startup.bat文件的主要作用是找到catalina.bat，并且把參數(shù)傳遞給它，而catalina.bat中有這樣一段話：

image

Bootstrap.class是整個(gè)Tomcat 的入口，我們?cè)赥omcat源碼里找到這個(gè)類，其中就有我們經(jīng)常使用的main方法：

image

這個(gè)類有兩個(gè)作用 ：1.初始化一個(gè)守護(hù)進(jìn)程變量、加載類和相應(yīng)參數(shù)。2.解析命令，并執(zhí)行。

源碼不過(guò)多贅述，我們?cè)谶@里只需要把握整體架構(gòu)，有興趣的同學(xué)可以自己研究下源碼。Tomcat的server.xml配置文件中可以對(duì)應(yīng)構(gòu)架圖中位置，多層的表示可以配置多個(gè)：

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即一個(gè)由 Server->Service->Engine->Host->Context 組成的結(jié)構(gòu)，從里層向外層分別是：

  • Server：服務(wù)器Tomcat的頂級(jí)元素，它包含了所有東西。
  • Service：一組 Engine(引擎) 的集合，包括線程池 Executor 和連接器 Connector 的定義。
  • Engine(引擎)：一個(gè) Engine代表一個(gè)完整的 Servlet 引擎，它接收來(lái)自Connector的請(qǐng)求，并決定傳給哪個(gè)Host來(lái)處理。
  • Container(容器)：Host、Context、Engine和Wraper都繼承自Container接口，它們都是容器。
  • Connector(連接器)：將Service和Container連接起來(lái)，注冊(cè)到一個(gè)Service，把來(lái)自客戶端的請(qǐng)求轉(zhuǎn)發(fā)到Container。
  • Host：即虛擬主機(jī)，所謂的”一個(gè)虛擬主機(jī)”可簡(jiǎn)單理解為”一個(gè)網(wǎng)站”。
  • Context(上下文 )： 即 Web 應(yīng)用程序，一個(gè) Context 即對(duì)于一個(gè) Web 應(yīng)用程序。Context容器直接管理Servlet的運(yùn)行，Servlet會(huì)被其給包裝成一個(gè)StandardWrapper類去運(yùn)行。Wrapper負(fù)責(zé)管理一個(gè)Servlet的裝載、初始化、執(zhí)行以及資源回收，它是最底層容器。

比如現(xiàn)在有以下網(wǎng)址，根據(jù)“/”切割的鏈接就會(huì)定位到具體的處理邏輯上，且每個(gè)容器都有過(guò)濾功能。

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二、梳理自己的Tomcat實(shí)現(xiàn)思路

本文實(shí)現(xiàn)效果比較簡(jiǎn)單，僅供新手參考，大神勿噴。當(dāng)瀏覽器訪問(wèn)對(duì)應(yīng)地址時(shí)，讀取本地文件,如果不存在則提示信息：

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實(shí)現(xiàn)以上效果整體思路如下：

1.ServerSocket占用8080端口，用while（true）循環(huán)等待用戶發(fā)請(qǐng)求。

2.拿到瀏覽器的請(qǐng)求，解析并返回URL地址，用I/O輸入流讀取本地磁盤上相應(yīng)文件。

3.讀取文件，不存在構(gòu)建響應(yīng)報(bào)文頭、HTML正文內(nèi)容，存在則寫到瀏覽器端。

三、實(shí)現(xiàn)自己的Tomcat

工程文件結(jié)構(gòu)和pom.xml文件：

image

1.HttpServer核心處理類，用于接受用戶請(qǐng)求，傳遞HTTP請(qǐng)求頭信息，關(guān)閉容器：

public class HttpServer {
  // 用于判斷是否需要關(guān)閉容器
  private boolean shutdown = false;
  
  public void acceptWait() {
    ServerSocket serverSocket = null;
    try {
        //端口號(hào)，最大鏈接數(shù)，ip地址
      serverSocket = new ServerSocket(8080, 1, InetAddress.getByName("127.0.0.1"));
    }
    catch (IOException e) {
        e.printStackTrace();
        System.exit(1); 
    }
    // 等待用戶發(fā)請(qǐng)求
    while (!shutdown) {
      try {
        Socket socket = serverSocket.accept();
        InputStream is = socket.getInputStream();
        OutputStream  os = socket.getOutputStream();
        // 接受請(qǐng)求參數(shù)
        Request request = new Request(is);
        request.parse();
        // 創(chuàng)建用于返回瀏覽器的對(duì)象
        Response response = new Response(os);
        response.setRequest(request);
        response.sendStaticResource();
        //關(guān)閉一次請(qǐng)求的socket,因?yàn)閔ttp請(qǐng)求就是采用短連接的方式
        socket.close();
        //如果請(qǐng)求地址是/shutdown  則關(guān)閉容器
        if(null != request){
             shutdown = request.getUrL().equals("/shutdown");
        }
      }
      catch (Exception e) {
          e.printStackTrace();
          continue;
      }
    }
  }
  public static void main(String[] args) {
        HttpServer server = new HttpServer();
        server.acceptWait();
  }
}

2.創(chuàng)建Request類，獲取HTTP的請(qǐng)求頭所有信息并截取URL地址返回：

public class Request {
  private InputStream is;
  private String url;

  public Request(InputStream input) {
    this.is = input;
  }
  public void parse() {
    //從socket中讀取一個(gè)2048長(zhǎng)度字符
    StringBuffer request = new StringBuffer(Response.BUFFER_SIZE);
    int i;
    byte[] buffer = new byte[Response.BUFFER_SIZE];
    try {
      i = is.read(buffer);
    }
    catch (IOException e) {
      e.printStackTrace();
      i = -1;
    }
    for (int j=0; j<i; j++) {
      request.append((char) buffer[j]);
    }
    //打印讀取的socket中的內(nèi)容
    System.out.print(request.toString());
    url = parseUrL(request.toString());
  }

  private String parseUrL(String requestString) {
    int index1, index2;
    index1 = requestString.indexOf(' ');//看socket獲取請(qǐng)求頭是否有值
    if (index1 != -1) {
      index2 = requestString.indexOf(' ', index1 + 1);
      if (index2 > index1)
        return requestString.substring(index1 + 1, index2);
    }
    return null;
  }

  public String getUrL() {
    return url;
  }

}

3.創(chuàng)建Response類，響應(yīng)請(qǐng)求讀取文件并寫回到瀏覽器

public class Response {
  public static final int BUFFER_SIZE = 2048;
  //瀏覽器訪問(wèn)D盤的文件
  private static final String WEB_ROOT ="D:";
  private Request request;
  private OutputStream output;

  public Response(OutputStream output) {
    this.output = output;
  }
  public void setRequest(Request request) {
    this.request = request;
  }

  public void sendStaticResource() throws IOException {
    byte[] bytes = new byte[BUFFER_SIZE];
    FileInputStream fis = null;
    try {
        //拼接本地目錄和瀏覽器端口號(hào)后面的目錄
      File file = new File(WEB_ROOT, request.getUrL());
      //如果文件存在，且不是個(gè)目錄
      if (file.exists() && !file.isDirectory()) {
        fis = new FileInputStream(file);
        int ch = fis.read(bytes, 0, BUFFER_SIZE);
        while (ch!=-1) {
          output.write(bytes, 0, ch);
          ch = fis.read(bytes, 0, BUFFER_SIZE);
        }
      }else {
           //文件不存在，返回給瀏覽器響應(yīng)提示,這里可以拼接HTML任何元素
          String retMessage = "<h1>"+file.getName()+" file or directory not exists</h1>";
          String returnMessage ="HTTP/1.1 404 File Not Found\r\n" +
                  "Content-Type: text/html\r\n" +
                  "Content-Length: "+retMessage.length()+"\r\n" +
                  "\r\n" +
                  retMessage;
        output.write(returnMessage.getBytes());
      }
    }
    catch (Exception e) {
      System.out.println(e.toString() );
    }
    finally {
      if (fis!=null)
        fis.close();
    }
  }
}

四、讀者可以自己做的優(yōu)化，擴(kuò)展的點(diǎn)

1.在WEB_INF文件夾下讀取web.xml解析，通過(guò)請(qǐng)求名找到對(duì)應(yīng)的類名，通過(guò)類名創(chuàng)建對(duì)象，用反射來(lái)初始化配置信息，如welcome頁(yè)面，Servlet、servlet-mapping，filter，listener，啟動(dòng)加載級(jí)別等。

2.抽象Servlet類來(lái)轉(zhuǎn)碼處理請(qǐng)求和響應(yīng)的業(yè)務(wù)。發(fā)過(guò)來(lái)的請(qǐng)求會(huì)有很多，也就意味著我們應(yīng)該會(huì)有很多的Servlet，例如：RegisterServlet、LoginServlet等等還有很多其他的訪問(wèn)?？梢杂玫筋愃朴诠S模式的方法處理，隨時(shí)產(chǎn)生很多的Servlet，來(lái)滿足不同的功能性的請(qǐng)求。

3.使用多線程技術(shù)。本文的代碼是死循環(huán)，且只能有一個(gè)鏈接，而現(xiàn)實(shí)中的情況是往往會(huì)有很多很多的客戶端發(fā)請(qǐng)求，可以把每個(gè)瀏覽器的通信封裝到一個(gè)線程當(dāng)中。

還能做什么擴(kuò)展，實(shí)現(xiàn)什么功能，讀者可以在評(píng)論中與我探討。
本文代碼地址:https://github.com/qq53182347/liugh-tomcat

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