試解析Tomcat運行原理（一）--- socket通訊

　　關於這篇文章也確實籌划了很久，今天決定開篇寫第一篇，說起tomcat首先很容易聯想到IIS，因為我最開始使用的就是.net技術，我第一次使用asp寫學生成績管理系統后，很茫然如何讓別人都能看到或者說使用這個系統呢？由此認識了IIS，它是一個web容器，天生的多線程，及時響應用戶提交的請求返回html頁面，這就是我了解的最初的web容器的功能，由此我們來認識tomcat也並不困難，可以的話，在了解完tomcat后我們可以繼續了解jboss、jetty等，好我們進入主題。

　　我們在平時開發的過程中是在使用eclipse時候才啟動tomcat，對於一個web容器而言，簡而言之，它是系統的一個守護進程，守護着對這台服務器某個端口發起的請求，基於這一點，它就需要一個監聽程序，這個監聽程序來獲取來自這個端口的特定請求的數據，ok，直接點講，我們這里使用Socket來獲取某個端口，通常是80端口的http請求，通過簡單的Java

　　程序的死循環（粗糙的做法，后面逐步優化）來實現不斷的獲取80端口http請求，來達到監聽80端口http請求的目的。java.net包下面的Socket和ServerSocket兩個類就能實現我們對8080端口的監聽，去除中間的邏輯代碼，我們只看這個兩個類的演繹的話如下：

 

ServerSocket serverSocket = new ServerSocket(8080, 1, InetAddress.getByName("10.10.10.106"));

 

　　對本機的8080端口進行監聽

 

socket = serverSocket.accept();             
input = socket.getInputStream(); 
output = socket.getOutputStream(); 

 

　　以上代碼就是獲取監聽結果。

　　這是最簡單和最精簡的Socket通訊原理，基於這個核心點我們來開發一個簡易的，可以提供靜態頁面訪問的 custom tomcat，准備一個index.html文件放到/home/webroot目錄下，那么除去拓展上面代碼外，我們還需要一個Response和一個Request。

　　類設計如下：

　　HttpServer： 主函數所在類，負載啟動ServerSocket和 操作整合Socket監聽到的數據，以及返回結果，即操作Response和Request。

　　Request: 封裝Socket監聽到的用戶端請求，包括請求的http uri信息。

　　Response： 封裝需要推送到客戶端的結果數據，即我們需要根據http uri 去本機尋找相應的資源，寫給客戶端。

　　言簡意賅，進入代碼，首先 Request類代碼：

 

public class Request 
{
    private InputStream input;
    private String uri;
    
    public Request(InputStream input) {
        this.input = input;
    }
    
    public void parse()
    {
        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;
    }
}

 

　　代碼解釋：類包括一個屬性和兩個方法，input屬性即是從Socket監聽到的信息，Socket會將監聽到的信息放入一個InputStream中，我們使用Reqeust類的Input屬性來接受。接收到輸入流后，在parse中對這個輸入流進行解析成字符串，即對Http請求進行拆解，得到完整的Http URL，所以這個方法是私有的，是類存在意義的核心所在，而提供的對外方法parseUri是負載將parse解析的url結果提供給外界，即，客戶端發來請求那個文件，具體的是最終提供給Response類，Response類得到這個文件名稱后，去本地制定目錄讀取文件。Tomcat中通常就是webapps目錄啦，很熟悉了吧，哈哈。

　　Response類如何實現這個讀取文件的歷史使命呢，代碼如下:

 

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 
                {
                    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) 
        {
                System.out.println(e.toString());
        }
        finally{
            fis.close();
        }
 
    }
}

 

　　代碼解釋：Response一共三個屬性，一個方法。三個屬性，一個是設置屬性，BUFFER_SIZE設置讀寫字節流大小，關於讀寫文件，我個人覺得和服務器的性能和程序性能息息相關，不宜設定過大或過小（此處有不同見解的同仁歡迎來噴，我對這塊理解目前限於此）。Reqeust屬性，對照前文呼應，Response需要獲取Request類的uri結果信息，所以這里放了一個Request屬性，獲取uri。Output，就不用說了，也是這個類存在的核心意義，依照Request類提供的uri信息，在本地讀寫文件后，形成一個輸出來，存放到output中，那么這項工作就由sendStaticResource這個共有方法完成啦。

　　好，代碼到這個，可以說我們大家已經看到一個tomcat模型了，有點萬事俱備，只欠東風的感覺，客戶端發起請求，Response和Reqeust有了，那么繼續往上游考慮，Reqeust依賴於客戶端的請求，自然以來於Socket數據。我們在這里做得簡便一點，將ServerSocket和Socket封裝到一個HttpServer類中來，代碼如下：

 

public class HttpServer {
    
    public static final String WEB_ROOT = System.getProperty("user.dir") + File.separator + "webroot";
    private static final String SHUTDOWN_COMMAND = "/SHUTDOWN";
    private boolean shutdown = false;
    public static void main(String[] args)
    {
        HttpServer httpServer = new HttpServer();
        httpServer.await();
    }
            
    public void await()
    {
        ServerSocket serverSocket = null;
        Integer port = 8080; 
        try 
        { 
            serverSocket =  new ServerSocket(port, 1, InetAddress.getByName("10.10.10.106")); 
        } 
        catch(IOException e)     
        { 
            e.printStackTrace(); 
            System.exit(1); 
        } 
        
        while(!shutdown)
        {
            Socket socket = null;
            InputStream input = null;
            OutputStream output = null;
            try 
            { 
                socket = serverSocket.accept();
                 
                input = socket.getInputStream(); 
                output = socket.getOutputStream(); 
                Request request = new Request(input); 
                request.parse(); 
                Response response = new Response(output);
                response.setRequest(request); response.sendStaticResource();  socket.close(); 
                shutdown = request.getUri().equals(SHUTDOWN_COMMAND);
            }
            catch(Exception e) 
            {
                e.printStackTrace();continue;
            }
        }
    }
}

 

　　代碼解釋：我們知道啟動tomcat之后，只要服務正常，客戶端任意時候發起一個http請求，tomcat就會響應，那么這里我們肯定需要一個while循環來模擬不間斷的監聽，類await方法就是負責不斷的獲取socket監聽到的結果，有立刻調動Reqeust和Response進行響應，加入主函數，為的是我們這個是模擬的控制台程序，需要一個程序入口，main函數就是程序入口。此外，HttpServer類包括一個靜態屬性SHUTDOWN_COMMAND，輸入為true則停止這個main函數，變量初始值為false，當客戶端也就是Request響應得到客戶端輸入 http://10.10.10.108:8080/SHUTDOWN時候，則變量在while中會置成true，緊接着停止main，結束應用程序進程。

　　在eclipse中或者在命令行中啟動這個main函數，命令行則是輸入 java HttpServer.java。eclipse則是在main函數中右鍵 run as application啟動。我們打開瀏覽器，輸入 http://10.10.10.108:8080/index.html,回車結果如下：

　　本地文件：

　　

　　好了，夜深啦，就此擱筆了，拋磚引玉，歡迎提議和討論，這個系列會繼續下去，直到一個完整的可以響應一個java action請求的custom tomcat產品出來。

　　最后附上我的源代碼：http://files.cnblogs.com/aspnetdream/Project.zip

　　參考：《How tomcat works》 作者：Budi Kurniawan & Paul Deck