Tomcat源碼分析（一）----- 手寫一個web服務器

時間 2019-11-29

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做爲後端開發人員，在實際的工做中咱們會很是高頻地使用到web服務器。而tomcat做爲web服務器領域中舉足輕重的一個web框架，又是不能不學習和了解的。html

tomcat實際上是一個web框架，那麼其內部是怎麼實現的呢？若是不用tomcat咱們能本身實現一個web服務器嗎？java

首先，tomcat內部的實現是很是複雜的，也有很是多的各種組件，咱們在後續章節會深刻地瞭解。
其次，本章咱們將本身實現一個web服務器的。web

下面咱們就本身來實現一個看看。(【注】：參考了《How tomcat works》這本書)後端

http協議簡介

http是一種協議（超文本傳輸協議），容許web服務器和瀏覽器經過Internet來發送和接受數據，是一種請求/響應協議。http底層使用TCP來進行通訊。目前，http已經迭代到了2.x版本，從最初的0.九、1.0、1.1到如今的2.x，每一個迭代都加了不少功能。瀏覽器

在http中，始終都是客戶端發起一個請求，服務器接受到請求以後，而後處理邏輯，處理完成以後再發送響應數據，客戶端收到響應數據，而後請求結束。在這個過程當中，客戶端和服務器均可以對創建的鏈接進行中斷操做。好比能夠經過瀏覽器的中止按鈕。tomcat

http協議-請求

一個http協議的請求包含三部分：服務器

方法 URI 協議/版本
請求的頭部
主體內容

舉個例子網絡

POST /examples/default.jsp HTTP/1.1
Accept: text/plain; text/html
Accept-Language: en-gb
Connection: Keep-Alive
Host: localhost
User-Agent: Mozilla/4.0 (compatible; MSIE 4.01; Windows 98)
Content-Length: 33
Content-Type: application/x-www-form-urlencoded
Accept-Encoding: gzip, deflate

lastName=Franks&firstName=Michael

數據的第一行包括：方法、URI、協議和版本。在這個例子裏，方法爲 POST，URI爲 /examples/default.jsp，協議爲 HTTP/1.1，協議版本號爲 1.1。他們之間經過空格來分離。
請求頭部從第二行開始，使用英文冒號（:）來分離鍵和值。
請求頭部和主體內容之間經過空行來分離，例子中的請求體爲表單數據。

http協議-響應

相似於http協議的請求，響應也包含三個部分。app

協議狀態狀態描述
響應的頭部
主體內容

舉個例子框架

HTTP/1.1 200 OK
Server: Microsoft-IIS/4.0
Date: Mon, 5 Jan 2004 13:13:33 GMT
Content-Type: text/html
Last-Modified: Mon, 5 Jan 2004 13:13:12 GMT
Content-Length: 112

<html>
<head>
<title>HTTP Response Example</title> </head>
<body>
Welcome to Brainy Software
</body>
</html>

第一行，HTTP/1.1 200 OK表示協議、狀態和狀態描述。
以後表示響應頭部。
響應頭部和主體內容之間使用空行來分離。

Socket

Socket，又叫套接字，是網絡鏈接的一個端點（end point）。套接字容許應用程序從網絡中讀取和寫入數據。兩個不一樣計算機的不一樣進程之間能夠經過鏈接來發送和接受數據。A應用要向B應用發送數據，A應用須要知道B應用所在的IP地址和B應用開放的套接字端口。java裏面使用java.net.Socket來表示一個套接字。

java.net.Socket最經常使用的一個構造方法爲：public Socket(String host, int port);，host表示主機名或ip地址，port表示套接字端口。咱們來看一個例子：

Socket socket = new Socket("127.0.0.1", "8080");
OutputStream os = socket.getOutputStream(); 
boolean autoflush = true;
PrintWriter out = new PrintWriter( socket.getOutputStream(), autoflush);
BufferedReader in = new BufferedReader(new InputStreamReader(socket.getInputstream()));

// send an HTTP request to the web server 
out.println("GET /index.jsp HTTP/1.1"); 
out.println("Host: localhost:8080"); 
out.println("Connection: Close");
out.println();

// read the response
boolean loop = true;
StringBuffer sb = new StringBuffer(8096); 
while (loop) {
    if (in.ready()) { 
        int i=0;
        while (i != -1) {
            i = in.read();
            sb.append((char) i); 
        }
        loop = false;
    }
    Thread.currentThread().sleep(50L);
}

這兒經過socket.getOutputStream()來發送數據，使用socket.getInputstream()來讀取數據。

ServerSocket

Socket表示一個客戶端套接字，任什麼時候候若是你想發送或接受數據，都須要構造建立一個Socket。如今假如咱們須要一個服務器端的應用程序，咱們須要額外考慮更多的東西。由於服務器須要隨時待命，它不清楚何時一個客戶端會鏈接到它。在java裏面，咱們能夠經過 java.net.ServerSocket來表示一個服務器套接字。
ServerSocket和Socket不一樣，它須要等待來自客戶端的鏈接。一旦有客戶端和其創建了鏈接，ServerSocket須要建立一個Socket來和客戶端進行通訊。
ServerSocket有不少的構造方法，咱們拿其中的一個來舉例子。

public ServerSocket(int port, int backlog, InetAddress bindAddr) throws IOException;
new ServerSocket(8080, 1, InetAddress.getByName("127.0.0.1"));

port表示端口
backlog表示隊列的長度
bindAddr表示地址

HttpServer

咱們這兒仍是看一個例子。

HttpServer表示一個服務器端入口，提供了一個main方法，並一直在8080端口等待，直到客戶端創建一個鏈接。這時，服務器經過生成一個Socket來對此鏈接進行處理。

public class HttpServer {

  /** WEB_ROOT is the directory where our HTML and other files reside.
   *  For this package, WEB_ROOT is the "webroot" directory under the working
   *  directory.
   *  The working directory is the location in the file system
   *  from where the java command was invoked.
   */
  public static final String WEB_ROOT =
    System.getProperty("user.dir") + File.separator  + "webroot";

  // shutdown command
  private static final String SHUTDOWN_COMMAND = "/SHUTDOWN";

  // the shutdown command received
  private boolean shutdown = false;

  public static void main(String[] args) {
    HttpServer server = new HttpServer();
    server.await();
  }

  public void await() {
    ServerSocket serverSocket = null;
    int port = 8080;
    try {
      serverSocket =  new ServerSocket(port, 1, InetAddress.getByName("127.0.0.1"));
    }
    catch (IOException e) {
      e.printStackTrace();
      System.exit(1);
    }

    // Loop waiting for a request
    while (!shutdown) {
      Socket socket = null;
      InputStream input = null;
      OutputStream output = null;
      try {
        socket = serverSocket.accept();
        input = socket.getInputStream();
        output = socket.getOutputStream();

        // create Request object and parse
        Request request = new Request(input);
        request.parse();

        // create Response object
        Response response = new Response(output);
        response.setRequest(request);
        response.sendStaticResource();

        // Close the socket
        socket.close();

        //check if the previous URI is a shutdown command
        shutdown = request.getUri().equals(SHUTDOWN_COMMAND);
      }
      catch (Exception e) {
        e.printStackTrace();
        continue;
      }
    }
  }
}

Request對象主要完成幾件事情

解析請求數據
解析uri（請求數據第一行）

public class Request {

  private InputStream input;
  private String uri;

  public Request(InputStream input) {
    this.input = input;
  }

  public void parse() {
    // Read a set of characters from the socket
    StringBuffer request = new StringBuffer(2048);
    int i;
    byte[] buffer = new byte[2048];
    try {
      i = input.read(buffer);
    }
    catch (IOException e) {
      e.printStackTrace();
      i = -1;
    }
    for (int j=0; j<i; j++) {
      request.append((char) buffer[j]);
    }
    System.out.print(request.toString());
    uri = parseUri(request.toString());
  }

  private String parseUri(String requestString) {
    int index1, index2;
    index1 = requestString.indexOf(' ');
    if (index1 != -1) {
      index2 = requestString.indexOf(' ', index1 + 1);
      if (index2 > index1)
        return requestString.substring(index1 + 1, index2);
    }
    return null;
  }

  public String getUri() {
    return uri;
  }

}

Response主要是向客戶端發送文件內容（若是請求的uri指向的文件存在）。

public class Response {

  private static final int BUFFER_SIZE = 1024;
  Request request;
  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 {
      File file = new File(HttpServer.WEB_ROOT, request.getUri());
      if (file.exists()) {
        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 {
        // file not found
        String errorMessage = "HTTP/1.1 404 File Not Found\r\n" +
          "Content-Type: text/html\r\n" +
          "Content-Length: 23\r\n" +
          "\r\n" +
          "<h1>File Not Found</h1>";
        output.write(errorMessage.getBytes());
      }
    }
    catch (Exception e) {
      // thrown if cannot instantiate a File object
      System.out.println(e.toString() );
    }
    finally {
      if (fis!=null)
        fis.close();
    }
  }
}