总阅读量:次

⭐⭐⭐ Spring Boot 项目实战 ⭐⭐⭐ Spring Cloud 项目实战
《Dubbo 实现原理与源码解析 —— 精品合集》 《Netty 实现原理与源码解析 —— 精品合集》
《Spring 实现原理与源码解析 —— 精品合集》 《MyBatis 实现原理与源码解析 —— 精品合集》
《Spring MVC 实现原理与源码解析 —— 精品合集》 《数据库实体设计合集》
《Spring Boot 实现原理与源码解析 —— 精品合集》 《Java 面试题 + Java 学习指南》

摘要: 原创出处 无聊学Java 「无聊学Java」欢迎转载，保留摘要，谢谢！

🙂🙂🙂关注**微信公众号：【芋道源码】**有福利：

  1. RocketMQ / MyCAT / Sharding-JDBC 所有源码分析文章列表
  2. RocketMQ / MyCAT / Sharding-JDBC 中文注释源码 GitHub 地址
  3. 您对于源码的疑问每条留言都将得到认真回复。甚至不知道如何读源码也可以请教噢。
  4. 新的源码解析文章实时收到通知。每周更新一篇左右。
  5. 认真的源码交流微信群。

前言

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。

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：

  1. 方法 URI 协议/版本
  2. 请求的头部
  3. 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。

  1. 协议 状态 状态描述
  2. 响应的头部
  3. 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"));

参数如下：

  1. port 表示端口
  2. backlog 表示队列的长度
  3. bindAddr 表示地址

HttpServer

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：

  1. 解析请求数据
  2. 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！

文章目录
  1. 1. 前言
  2. 2. http协议简介
    1. 2.1. http协议-请求
    2. 2.2. http协议-响应
  3. 3. Socket
  4. 4. ServerSocket
  5. 5. HttpServer
  6. 6. 总结