作为后端开发人员,在实际的工作中我们会非常高频地使用到web服务器。而tomcat作为web服务器领域中举足轻重的一个web框架,又是不能不学习和了解的。

tomcat其实是一个web框架,那么其内部是怎么实现的呢?如果不用tomcat我们能自己实现一个web服务器吗?

首先,tomcat内部的实现是非常复杂的,也有非常多的各类组件,我们在后续章节会深入地了解。
其次,本章我们将自己实现一个web服务器的。

下面我们就自己来实现一个看看。(【注】:参考了《How tomcat works》这本书)

http协议简介


http是一种协议(超文本传输协议),允许web服务器和浏览器通过Internet来发送和接受数据,是一种请求/响应协议。http底层使用TCP来进行通信。目前,http已经迭代到了2.x版本,从最初的0.9、1.0、1.1到现在的2.x,每个迭代都加了很多功能。


在http中,始终都是客户端发起一个请求,服务器接受到请求之后,然后处理逻辑,处理完成之后再发送响应数据,客户端收到响应数据,然后请求结束。在这个过程中,客户端和服务器都可以对建立的连接进行中断操作。比如可以通过浏览器的停止按钮。

http协议-请求

一个http协议的请求包含三部分:

* 方法 URI 协议/版本
* 请求的头部
* 主体内容
举个例子
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 数据的第一行包括:方法、URI、协议和版本。在这个例子里,方法为POST,URI为
/examples/default.jsp,协议为HTTP/1.1,协议版本号为1.1。他们之间通过空格来分离。
请求头部从第二行开始,使用英文冒号(:)来分离键和值。
请求头部和主体内容之间通过空行来分离,例子中的请求体为表单数据。
http协议-响应

类似于http协议的请求,响应也包含三个部分。

* 协议 状态 状态描述
* 响应的头部
* 主体内容
举个例子
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表示协议、状态和状态描述。
之后表示响应头部。
响应头部和主体内容之间使用空行来分离。

Socket

Socket,又叫套接字,是网络连接的一个端点(end
point)。套接字允许应用程序从网络中读取和写入数据。两个不同计算机的不同进程之间可以通过连接来发送和接受数据。A应用要向B应用发送数据,A应用需要知道B应用所在的IP地址和B应用开放的套接字端口。java里面使用
java.net.Socket来表示一个套接字。

java.net.Socket最常用的一个构造方法为:public Socket(String host, int port);
,host表示主机名或ip地址,port表示套接字端口。我们来看一个例子:
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); }
这儿通过socket.getOutputStream()来发送数据,使用socket.getInputstream()来读取数据。

ServerSocket

Socket表示一个客户端套接字,任何时候如果你想发送或接受数据,都需要构造创建一个Socket。现在假如我们需要一个服务器端的应用程序,我们需要额外考虑更多的东西。因为服务器需要随时待命,它不清楚什么时候一个客户端会连接到它。在java里面,我们可以通过
java.net.ServerSocket来表示一个服务器套接字。

ServerSocket和Socket不同,它需要等待来自客户端的连接。一旦有客户端和其建立了连接,ServerSocket需要创建一个Socket来和客户端进行通信。
ServerSocket有很多的构造方法,我们拿其中的一个来举例子。 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表示队列的长度
* bindAddr表示地址
HttpServer

我们这儿还是看一个例子。


HttpServer表示一个服务器端入口,提供了一个main方法,并一直在8080端口等待,直到客户端建立一个连接。这时,服务器通过生成一个Socket来对此连接进行处理。
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对象主要完成几件事情

* 解析请求数据
* 解析uri(请求数据第一行) 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主要是向客户端发送文件内容(如果请求的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(); } } }
总结

在看了上面的例子之后,我们惊奇地发现,在Java里面实现一个web服务器真容易,代码也非常简单和清晰!

既然我们能很简单地实现web服务器,为啥我们还需要tomcat呢?它又给我们带来了哪些组件和特性呢,它又是怎么组装这些组件的呢,后续章节我们将逐层分析。

这是我们后面将要分析的内容,让我们拭目以待!