在老家摸了半个月鱼了,今天终于正式回归日常工作了。后续几个月的课余研究可能会比较偏中间件和JVM虚拟机这两块;此篇就先看一个日常开发天天用却不知原理如何的中间件——Tomcat。

参考文章:

1、Tomcat—— 1.What Tomcat

2、深入理解-Tomcat-(二)-从宏观上理解-Tomcat-组件及架构

3、Tomcat中的Connector和Container

4、tomcat源码分析-http请求在Container中的执行路线

5、tomcat原理解析(一):一个简单的实现

6、深入理解-Tomcat(三)Tomcat-底层实现原理

7、万字详解 Tomcat 组成与工作原理

参考了好多,又有点缝合怪内意思了。

一、什么是Tomcat

Tomcat是中间件,在B/S架构中,浏览器发出的http请求经过Tomcat中间件,转发到最终目的服务器上,响应消息再通过Tomcat返回给浏览器。Tomcat开启监听端口监听用户的请求,解析用户发来的http请求,然后访问你指定的应用系统,然后你返回的页面经过Tomcat返回给用户。本质上讲,tomcat为一个jsp/servlet容器。

现在最常见的情况是使用 Tomcat 作为 Java Web 服务器,使用 Spring 提供的开箱即用(Springboot内置tomcat,无需部署)的强大 的功能,并依赖其他开源库来完成负责的业务功能实现。

所以Tomcat一般用于作为处理动态资源的中间件,Nginx作为处理作为静态资源的中间件;是现在JavaWeb开发的主流趋势。

简而言之: tomcat 是一个接受 http 请求并解析 http 请求并反馈客户端的一个应用程序

二、Tomcat中的组件、架构

Tomcat 组成如下图:主要有 Container 和 Connector 以及相关组件构成。

1.JPG
Server服务器:就是一个Tomcat服务器

Service(这里多个Service应该是并级):Tomcat 封装的、对外提供完整的、基于组件的 Web 服务, 包含 Connectors、Container 两个核心组件,以及多个功能组件,各个 Service 之间是独立的,但是共享 同一 JVM 的资源。

这里可以理解为一个个的Service就是一个个的WebAPI

Connector:Tomcat 与外部世界的连接器,监听固定端口接收外部请求,传递给 Container,并将 Container 处理的结果返回给外部。总的来说,Connector就是解析Http或Ajp请求的。

Container:Catalina,Servlet 容器,内部有多层容器组成,用于管理 Servlet 生命周期,调用 servlet 相关方法

可以理解为Service = Connector + Container WebAPI = Web + Servlet(API)

3.PNG

截止到Connector的概念都比较好理解,本次实例的代码也是模拟了Tomcat 的一次请求返回内容的实现,数据是模拟的所以不涉及在Container组件内的执行路线。这块要研究的话就比较深入了;毕竟莫那鲁道 这个大佬的Tomcat专栏写了十篇文章来具体剖析一些组件的具体实现原理。贴一张http请求在Connector和Container中的处理过程图:

2.PNG

请求在Connector和Container中具体传递执行过程请看参看文章【3】和【4】,或者跟进一下源码,此篇文章作为一篇对Tomcat原理简单分析的文章就不做深入跟进了。(Springboot用多了所以原生的Servlet基本就很少去写了,生命周期这块还是需要好好研究研究的)

三、一个简单tomcat服务器的简单实现

一个简单的http请求,模拟返回内容。在这里和Tomcat中一样,使用socket来处理客户端和服务器的交互。根据输入的http地址可以知道服务器的IP地址和端口,根据这两个参数就可以定位到服务器的唯一地址。tomcat根据http地址端口后面的资源路径就可以知道反馈什么样的资源给浏览器。(源码梭的文章5中的源码)

/**
 * @author jinyunlong
 * @date 2021/10/13 16:47
 * @profession ICBC锅炉房保安
 */

import java.io.*;
import java.net.ServerSocket;
import java.net.Socket;
import java.net.URLDecoder;
import java.util.StringTokenizer;

public class TomcatServer {

    private final static int PORT = 8080;

    public static void main(String[] args) {

        try {
            ServerSocket server = new ServerSocket(PORT);//根据端口号启动一个serverSocket
            ServletHandler servletHandler=new ServletHandler(server);
            servletHandler.start();
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }

    }



    private static class ServletHandler extends Thread{
        ServerSocket server=null;
        public ServletHandler(ServerSocket server){
            this.server=server;
        }


        @Override
        public void run() {
            while (true) {
                try {
                    Socket client = null;
                    client = server.accept();//ServerSocket阻塞等待客户端请求数据
                    if (client != null) {
                        try {
                            System.out.println("接收到一个客户端的请求");

                            //根据客户端的Socket对象获取输入流对象。
                            //封装字节流到字符流
                            BufferedReader reader = new BufferedReader(new InputStreamReader(client.getInputStream()));

                            // GET /test.jpg /HTTP1.1
                            //http请求由三部分组成,分别是:请求行、消息报头、请求正文。
                            //这里取的第一行数据就是请求行。http协议详解可以参考http://www.cnblogs.com/li0803/archive/2008/11/03/1324746.html说的很详细
                            String line = reader.readLine();

                            System.out.println("line: " + line);

                            //拆分http请求路径,取http需要请求的资源完整路径
                            String resource = line.substring(line.indexOf('/'),line.lastIndexOf('/') - 5);

                            System.out.println("the resource you request is: "+ resource);

                            resource = URLDecoder.decode(resource, "UTF-8");

                            //获取到这次请求的方法类型,比如get或post请求
                            String method = new StringTokenizer(line).nextElement().toString();

                            System.out.println("the request method you send is: "+ method);

                            //继续循环读取浏览器客户端发出的一行一行的数据
                            while ((line = reader.readLine()) != null) {
                                if (line.equals("")) {//当line等于空行的时候标志Header消息结束
                                    break;
                                }
                                System.out.println("the Http Header is : " + line);
                            }

                            //如果是POST的请求,直接打印POST提交上来的数据
                            if ("post".equals(method.toLowerCase())) {
                                System.out.println("the post request body is: "
                                        + reader.readLine());
                            }else if("get".equals(method.toLowerCase())){
                                //判断是get类型的http请求处理
                                //根据http请求的资源后缀名来确定返回数据

                                //比如下载一个图片文件,我这里直接给定一个图片路径来模拟下载的情况
                                if (resource.endsWith(".jpg")) {
                                    transferFileHandle("D://1111.jpg", client);
                                    closeSocket(client);
                                    continue;

                                } else {

                                    //直接返回一个网页数据
                                    //其实就是将html的代码以字节流的形式写到IO中反馈给客户端浏览器。
                                    //浏览器会根据http报文“Content-Type”来知道反馈给浏览器的数据是什么格式的,并进行什么样的处理

                                    PrintStream writer = new PrintStream(client.getOutputStream(), true);
                                    writer.println("HTTP/1.0 200 OK");// 返回应答消息,并结束应答
                                    writer.println("Content-Type:text/html;charset=utf-8");
                                    writer.println();
                                    //writer.println("Content-Length:" + html.getBytes().length);// 返回内容字节数
                                    writer.println("<html><body>");
                                    writer.println("<a href='www.baidu.com'>百度</a>");
                                    writer.println("<img src='https://ss0.bdstatic.com/5aV1bjqh_Q23odCf/static/superman/img/logo/bd_logo1_31bdc765.png'></img>");
                                    writer.println("</html></body>");


                                    //writer.println("HTTP/1.0 404 Not found");// 返回应答消息,并结束应答
                                    writer.println();// 根据 HTTP 协议, 空行将结束头信息
                                    writer.close();
                                    closeSocket(client);//请求资源处理完毕,关闭socket链接
                                    continue;
                                }
                            }



                        } catch (Exception e) {
                            System.out.println("HTTP服务器错误:"
                                    + e.getLocalizedMessage());
                        }
                    }
                } catch (Exception e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
        }

        private void closeSocket(Socket socket) {
            try {
                socket.close();
            } catch (IOException ex) {
                ex.printStackTrace();
            }
            System.out.println(socket + "离开了HTTP服务器");
        }

        private void transferFileHandle(String path, Socket client) {

            File fileToSend = new File(path);

            if (fileToSend.exists() && !fileToSend.isDirectory()) {
                try {
                    //根据Socket获取输出流对象,将访问的资源数据写入到输出流中
                    PrintStream writer = new PrintStream(client.getOutputStream());
                    writer.println("HTTP/1.0 200 OK");// 返回应答消息,并结束应答
                    writer.println("Content-Type:application/binary");
                    writer.println("Content-Length:" + fileToSend.length());// 返回内容字节数
                    writer.println();// 根据 HTTP 协议, 空行将结束头信息

                    FileInputStream fis = new FileInputStream(fileToSend);
                    byte[] buf = new byte[fis.available()];
                    fis.read(buf);
                    writer.write(buf);
                    writer.close();
                    fis.close();
                } catch (IOException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
        }

    }

}

读代码,起main方法,打开Socket连接,监听了一个端口为8080的serverSocket,然后ServerSocket阻塞等待客户端请求数据(client = server.accept();),然后浏览器随便访问一个后缀为.jpg的资源,Socket会先获取到输入流对象,之后读取输入流并处理,进入两个条件判断,get请求+请求内容后缀为.jpg的话会将D盘的1111.jpg的内容(Socket获取的输出流对象),将访问的资源数据写入到输出流中,调用下载方法,最后关闭Socket连接。如果不为.jpg的话,输出流拼一个html并返回并关闭Socket连接。

5.PNG

6.PNG

情况为else,返回html:

7.PNG

当然了,SocketServer、Request、Response人家Tomcat都有自己封好的内部类,不过本质都是对字节流的读写操作。

4.PNG

以上就是一个简单的Tomcat服务器的实现,实际上http请求在Connector和Container中的执行链路要比这个Demo要复杂的多,有兴趣以后跟源码或者看下上文莫那鲁道老师的Tomcat文章合集。


标题:Tomcat原理简析(附简单实现)
作者:jyl
地址:http://www.jinyunlong.xyz/articles/2021/10/14/1634195560462.html