Tomcat是怎么工作的(2) -- 动手实现山寨版的简单Web Server - flance

来源：互联网发布：linux 定时任务没反应编辑：程序博客网时间：2024/06/06 03:29

Tomcat是怎么工作的(2) -- 动手实现山寨版的简单Web Server - flance

2014-07-19 21:14:36http://www.cnblogs.com/flance/p/3855182.html--点击数:7

本文先讲解一下Java web server都是怎么工作的。web server也叫HTTP server——顾名思义它是用HTTP协议和客户端交互的。客户端一般就是各种各样的浏览器了。相信所有朋友都清楚这个基本事实，否则你也不会看到这个系列文章了。

基于Java的web server必然用到两个极其重要的类：java.net.Socket和java.net.ServerSocket，然后以HTTP消息进行交互。

1. HTTP协议简介(The Hypertext Transfer Protocol)

HTTP是用于web server和浏览器之间发送、接收数据的基础核心协议——客户端发起请求然后服务端进行响应。它使用应答式TCP连接，默认情况下监听在80端口上。第一版协议是HTTP/0.9，然后又被HTTP/1.0重写了，随后HTTP/1.1又替换掉了HTTP/1.0——当前我们使用的正是HTTP/1.1，它的协议文件叫RFC2616，有兴趣的可以去w3网站上下载回来研究一下，对你理解和掌握HTTP以及整个互联网的核心有着无可替代的作用。接地气的说法就是：明白了RFC2616，你就明白了易筋经和九阳神功，自此之后横行天下无所顾忌。。。

HTTP里，永远都是客户端主动发起请求，然后服务端才有可能和它建立连接。web server永远不会主动连接或者回调客户端，但是两边都可以直接断开连接。

总结成一句话就是：服务端永远处于绝对优势地位，客户端你不连我我就绝对不会连你，只有你客户端发起请求了，我服务端才会和你连接，当然，心情不好时我也照样可以不对你的请求做出任何响应。像极了男人追女人的恋爱过程吧。。。

1.1 HTTP请求

它由以下部分组成：

第一部分：方式 — URI — 协议/版本号

第二部分：请求头

第三部分：实体数据

典型例如如下：

 1:POST /baidu.com/小苹果歌词.txt HTTP/1.1

2:

 3:Accept: text/plain; text/html

 4:Accept-Language: en-gb

 5:Connection: Keep-Alive

 6:Host: localhost

 7:User-Agent: Mozilla/4.0 (compatible; MSIE 4.01; Windows 98)

 8:Content-Length: 33

 9:Content-Type: application/x-www-form-urlencoded

10:Accept-Encoding: gzip, deflate

11:

12:lastName=Franks&firstName=Michael

对应的第一部分就是这段请求信息的第一行，下面再详细讲解下：

POST /baidu.com/小苹果歌词.txt HTTP/1.1

这一行的“POST”是请求方式，“/baidu.com/小苹果歌词.txt”是对应的URI，而“HTTP/1.1”就是对应的协议/版本号了。

HTTP协议定义了很多请求方式，每一个HTTP请求都可以使用其中的一种。HTTP 1.1 支持7种请求类型：GET，POST，HEAD，OPTIONS，PUT，DELETE以及TRACE。一般情况下，我们只用到GET和POST就足够了。

URI完整的指定了一个网络资源，一般情况下它都是相对于服务器的根目录进行资源定位，你看到的URI才经常以斜杠“/”开头，当然，通常我们只知道URL，URL实际上只是URI的一种而已（细节可研究RFC2396协议）。第一行的协议版本号，顾名思义就是当前使用的是哪版HTTP协议了。

请求头包含了一些关于客户端环境和请求体的有用信息。例如，它可以指示浏览器使用的语言、请求体的数据长度等等。每一个请求头和请求体之间都通过回车换行符（CRLF）分隔。

请求头和请求体之间的空白行（CRLF）是HTTP请求格式中不可或缺的一部分，它用于指明请求体数据开始的w位置。甚至在一些网络编程书中，这个空白行（CRLF）直接被当作了HTTP请求标准格式的第四个组成部分。

在上面那个例子中，请求体的实体数据只有简单的一行，不过实际应用中实体数据往往比较多：

lastName=Franks&firstName=Michael

1.2 HTTP响应

和HTTP请求相似，HTTP响应也由三部分组成：

第一部分：协议 -- 状态码 --描述

第二部分：响应头

第三部分：响应体

举个例子：

 1:HTTP/1.1 200 OK

 2:Server: Microsoft-IIS/4.0

 3:Date: Mon, 5 Jan 2004 13:13:33 GMT

 4:Content-Type: text/html

 5:Last-Modified: Mon, 5 Jan 2004 13:13:12 GMT

 6:Content-Length: 112

7:

 8:<html>

 9:<head>

10:<title>HTTP Response Example</title>

11:</head>

12:<body>

13: Welcome to Brainy Software

14:</body>

15:</html>

响应头第一行和请求头极为相似，它指示了当前使用的协议是HTTP/1.1版本，而且请求成功了（200=成功），一切顺利。响应头包含的有用信息类似于请求头的。响应体是一段HTML内容，响应头和响应体之间以CRLF分隔。

2. Socket类

socket是网络连接的一个端点，它赋予应用程序读写网络流的能力。两台电脑通过发送和接收基于连接的字节流来进行交流沟通。若要发消息给另一个程序，你需要知道这个程序socket的ip地址和端口号。在java里，socket指的是java.net.Socket类。

你可以使用Socket类的诸多构造器中任意一个来创建socket，下面这个构造器接收主机名和端口号作为参数：

public Socket (java.lang.String host, int port)

在此，host可以是主机名或者ip地址，端口号就是对应的程序占用的端口。例如，要想连接80端口上的yahoo.com，你需要如下构造方式：

new Socket("yahoo.com", 80);

一旦成功创建Socket实例，你就可以用它来发送接收字节流了。要发送字节流，你必须首先调用Socket类的getOutputStream方法获取java.io.OutputStream对象，要发送纯文本的话，我们通常构造一个OutputStream对象返回的java.io.PrintWriter对象。要接收字节流，你就应该调用Socket类的getInputStream方法来获取 java.io.InputStream。

下面就是代码展示了，各位看官请好：

 1:Socket socket = new Socket("127.0.0.1", "8080");

 2:OutputStream os = socket.getOutputStream();

 3:boolean autoflush = true;

 4:PrintWriter out = new PrintWriter( socket.getOutputStream(), autoflush);

 5:BufferedReader in = new BufferedReader( new InputStreamReader( socket.getInputstream() ));

6:

 7:// 向web server发送HTTP请求

 8:out.println("GET /index.jsp HTTP/1.1");

 9:out.println("Host: localhost:8080");

10:out.println("Connection: Close");

11:out.println();

12:

13:// 读取响应

14:boolean loop = true;

15:StringBuffer sb = new StringBuffer(8096);

16:while (loop) {

17:if ( in.ready() ) {

18:int i=0;

19:while (i!=-1) {

20:i = in.read();

21:sb.append((char) i);

22:}

23:loop = false;

24:}

25:Thread.currentThread().sleep(50);

26:}

27:

28:// 输出响应内容

29:System.out.println(sb.toString());

30:socket.close();

3. ServerSocket类

Socket类代表的是客户端Socket，例如IE浏览器、chrome、火狐、safari等发起的连接。如果你想实现一个服务器应用程序，像HTTP server或者FTP server的话，你就必须使用不同的方法了。这是因为服务端根本不知道客户端会发起请求建立连接，它必须永不停歇的等待客户端请求。为此，你必须使用java.net.ServerSocket类，它是服务端socket的实现。

ServerSocket不同于Socket，服务端的ServerSocket必须一直等着客户端请求的到来。一旦server socket接到连接请求，它必须创建一个Socket实例来处理和客户端的交互。

要创建server socket，你得用ServerSocket类提供的四个构造器之一。它需要你指明IP地址和server socket要监听的端口号。经典的127.0.0.1意味着server socket将监听本机。server socket监听的IP地址通常也叫绑定地址。另一个重要的属性是backlog，它意味着接入的连接请求超过此数值之后server socket就会拒绝后续请求。

public ServerSocket(int port, int backlog, InetAddress bindingAddress);

值得注意的是，这个构造器的绑定地址必须是java.net.InetAddress类的实例。构造InetAddress对象的简易方法就是调用它的静态方法getByname,并传一个主机名字符创参数，如下所示：

InetAddress.getByName("127.0.0.1");

下面这行代码构造了一个ServerSocket，监听本机8080端口，同时backlog为1：

new ServerSocket(8080, 1, InetAddress.getByName("127.0.0.1"));

一旦ServerSocket实例构造完成，它就可以一直监听在绑定地址的对应端口上等待请求的到来，你需要做的就是调用ServerSocket类的accept方法来启动这个监听过程。这个方法只返回何时产生了连接请求并且返回值是一个Sokcet类的实例。然后通过这个Socket可以发送和接收字节流。

4. 动手实现自己的山寨版web server

这个山寨web server由三个类组成：HttpServer、Request、Response。

HttpServer的main方法创建一个HttpServer实例并调用它的await方法，顾名思义，这个await方法一直等着请求到来，然后处理请求、发送响应信息到客户端。它会一直等，直到程序终止或停机。

这个山寨版的server目前只能发送静态资源，它会在控制台显示HTTP请求的字节流，但不能发送任何响应头，比如data、cookie之类的。

4.1 HTTPServer.java

 1:import java.io.File;

 2:import java.io.IOException;

 3:import java.io.InputStream;

 4:import java.io.OutputStream;

 5:import java.net.InetAddress;

 6:import java.net.ServerSocket;

 7:import java.net.Socket;

8:

 9:public class HttpServer {

10:

11:/**

12: * WEB_ROOT is the directory where our HTML and other files reside. For this

13: * package, WEB_ROOT is the "webroot" directory under the working directory.

14: * The working directory is the location in the file system from where the

15: * java command was invoked.

16: */

17:public static final String WEB_ROOT = System.getProperty("user.dir") + File.separator + "webroot";

18:

19:// 关机命令

20:private static final String SHUTDOWN_COMMAND = "/SHUTDOWN";

21:

22:// the shutdown command received

23:private boolean shutdown = false;

24:

25:public static void main(String[] args) {

26:HttpServer server = new HttpServer();

27:server.await();

28:}

29:

30:public void await() {

31:ServerSocket serverSocket = null;

32:int port = 8080;

33:try {

34:serverSocket = new ServerSocket(port, 1, InetAddress.getByName("127.0.0.1"));

35:} catch(IOException e) {

36:e.printStackTrace();

37:System.exit(1);

38:}

39:// 轮询是否有请求进来

40:while(!shutdown) {

41:Socket socket = null;

42:InputStream input = null;

43:OutputStream output = null;

44:try {

45:socket = serverSocket.accept();

46:input = socket.getInputStream();

47:output = socket.getOutputStream();

48:// create Request object and parse

49:Request request = new Request(input);

50:request.parse();

51:// create Response object

52:Response response = new Response(output);

53:response.setRequest(request);

54:response.sendStaticResource();

55:// Close the socket

56:socket.close();

57:// check if the previous URI is a shutdown command

58:shutdown = request.getUri().equals(SHUTDOWN_COMMAND);

59:} catch(Exception e) {

60:e.printStackTrace();

61:continue;

62:}

63:}

64:}

65:}

4.2 Request.java

 1:package ex01.pyrmont;

2:

 3:import java.io.IOException;

 4:import java.io.InputStream;

5:

 6:public class Request {

7:

 8:private InputStream input;

9:

10:private String uri;

11:

12:public Request(InputStream input) {

13:this.input = input;

14:}

15:

16:public void parse() {

17:// Read a set of characters from the socket

18:StringBuffer request = new StringBuffer(2048);

19:int i;

20:byte[] buffer = new byte[2048];

21:try {

22:i = input.read(buffer);

23:} catch(IOException e) {

24:e.printStackTrace();

25:i = -1;

26:}

27:for(int j = 0; j < i; j++) {

28:request.append((char)buffer[j]);

29:}

30:System.out.print(request.toString());

31:uri = parseUri(request.toString());

32:}

33:

34:private 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:public String getUri() {

46:return uri;

47:}

48:}

49:

4.3 Response.java

 1:package ex01.pyrmont;

2:

 3:import java.io.File;

 4:import java.io.FileInputStream;

 5:import java.io.IOException;

 6:import java.io.OutputStream;

7:

 8:/*

 9:* HTTP Response = Status-Line (( general-header | response-header |

10:* entity-header ) CRLF) CRLF [ message-body ] Status-Line = HTTP-Version SP

11:* Status-Code SP Reason-Phrase CRLF

12:*/

13:public class Response {

14:

15:private static final int BUFFER_SIZE = 1024;

16:

17:Request request;

18:

19:OutputStream output;

20:

21:public Response(OutputStream output) {

22:this.output = output;

23:}

24:

25:public void setRequest(Request request) {

26:this.request = request;

27:}

28:

29:public void sendStaticResource() throws IOException {

30:byte[] bytes = new byte[BUFFER_SIZE];

31:FileInputStream fis = null;

32:try {

33:File file = new File(HttpServer.WEB_ROOT, request.getUri());

34:if(file.exists()) {

35:fis = new FileInputStream(file);

36:int ch = fis.read(bytes, 0, BUFFER_SIZE);

37:while(ch != -1) {

38:output.write(bytes, 0, ch);

39:ch = fis.read(bytes, 0, BUFFER_SIZE);

40:}

41:} else {

42:// file not found

43: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>";

44:output.write(errorMessage.getBytes());

45:}

46:} catch(Exception e) {

47:// thrown if cannot instantiate a File object

48:System.out.println(e.toString());

49:} finally {

50:if(fis != null)

51:fis.close();

52:}

53:}

54:}

55:

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