从0手写实现Tomcat

Posted 2021-04-04 四阿哥胤禛

今天我们来一步一步实现从0开始手写Tomcat。

首先，我们要知道Tomcat是什么，能做什么。

Tomcat是一个Web网络应用程序，可以接收请求，并且可以处理请求。接收请求意味着必须要有一个端口，Tomcat默认http端口是8080，请求过来后由socket网络处理，请求最终需要交给线程处理，根据URL调用servlet，之后返回响应内容。

那么要实现Tomcat的功能，首先第一步我们要实现Socket编程。

Socket实际上做了什么呢? 

Socket调用操作系统的SocketAPI来实现网络处理。所谓网络编程，就是对外开放接口，让我们的程序可以与外部建立连接。

底层Socket API函数定义

• listen()、accept()函数只能用于服务器端；

• listen用于网络监听

• accept用于获取连接
  

• connect()函数只能用于客户端；

• connect用于客户端连接服务端

• socket()、bind()、send()、recv()、sendto()、recvfrom()、close()

• socket用于获取套接字对象

• bind用于绑定端口或其他信息

• send、recv、sendto、recvfrom用于发送和接收数据

• close用于关闭连接
  

了解完socket编程后，我们先来完成Socket网络处理部分，如下：

 private static ExecutorService threadPool = Executors.newCachedThreadPool();  public static void main(String[] args) throws Exception { ServerSocket serverSocket = new ServerSocket(8080); System.out.println("tomcat 服务器启动成功"); while (!serverSocket.isClosed()) { //获取Socket连接 Socket request = serverSocket.accept(); threadPool.execute(() -> { try (InputStream is = request.getInputStream(); BufferedReader reader = new BufferedReader(new InputStreamReader(is)) ){ System.out.println("收到请求："); String msg = null; while ((msg = reader.readLine()) != null) { if (msg.length() == 0) { break; } System.out.println(msg); } System.out.println("---------收到请求"); } catch (IOException e) { e.printStackTrace(); } finally { try { if (request != null) { request.close(); } } catch (IOException e) { e.printStackTrace(); } } }); } if (serverSocket != null) { serverSocket.close(); }  }

  

完成Socket网络编程，我们启动服务后，通过telnet可以发现8080端口已启动，但是我们通过浏览器访问http://localhost:8080 却发现浏览器显示“无法访问该页面”。这是为什么呢？

我们的目标是要实现浏览器和Java Web服务器Tomcat实现交互，那么Java Web服务器Tomcat如何与浏览器交互呢？

Tomcat和浏览器之间要交互，需要约定一个协议，这样才能正常交互。

Http协议 --- 请求

Http协议 --- 响应

为了实现Java Web服务器Tomca与浏览器之间能正常交互，我们需要加上一段请求响应代码，完整代码如下：

 private static ExecutorService threadPool = Executors.newCachedThreadPool();  public static void main(String[] args) throws Exception { ServerSocket serverSocket = new ServerSocket(8080); System.out.println("tomcat 服务器启动成功"); while (!serverSocket.isClosed()) { //获取Socket连接 Socket request = serverSocket.accept(); threadPool.execute(() -> { try (InputStream is = request.getInputStream(); BufferedReader reader = new BufferedReader(new InputStreamReader(is)) ){ System.out.println("收到请求："); String msg = null; while ((msg = reader.readLine()) != null) { if (msg.length() == 0) { break; } System.out.println(msg); } System.out.println("---------收到请求"); //响应返回结果 200 OutputStream os = request.getOutputStream(); os.write("HTTP/1.1 200 OK
".getBytes()); os.write("Content-Lenght: 11

".getBytes()); os.write("Hello World".getBytes()); os.flush();  } catch (IOException e) { e.printStackTrace(); } finally { try { if (request != null) { request.close(); } } catch (IOException e) { e.printStackTrace(); } } }); } if (serverSocket != null) { serverSocket.close(); } }

这时候，我们启动服务后，再通过浏览器去访问http://localhost:8080/，我们会发现浏览器返回了“Hello World”。

接下来，我们要实现根据请求URL执行相应的servlet方法。

例如：“GET /servlet-demo-1.0.0/index HTTP/1.1”，我们要根据这样一个请求去找到对应的项目及调用相应的servlet。

首先我们要知道有哪几个项目，请求的项目是哪个，对应的servlet是哪个。通过请求路径，我们可以知道请求的项目名称是“servlet-demo-1.0.0”，请求的servlet路径是 /index 。我们可以根据项目名称查找到对应的项目，读取项目的web.xml，从web.xml中获取到Servlet对应的class，也可以获取到ServletMapping设置的路径来做请求过滤，也可以获取其他信息来做相应的一些操作。

这里有一个问题，获取到的class文件可以执行用来调用Servlet吗？

答案是肯定不行，了解JVM的应该都知道，我们需要先将class文件加载到JVM，然后才能正常调用相应的方法。

项目类资源加载

通过以下代码，我们可以实现对项目类加载，获取到Servlet实例。

//每个项目，类加载器，去加载置顶位置的class信息URL classUrl = new URL("file:" + projectPath + "\WEB-INF\classes\");URLClassLoader servletClassLoader = new URLClassLoader(new URL[] {classUrl});//1、 加载到JVMClass<?> servletClass = servletClassLoader.loadClass(servletClassName);//2、 实例化Servlet servlet = (Servlet) servletClass.newInstance();

我们先来回顾一下Servlet的生命周期是怎样的，如下所示：

在我们这个模拟例子中，我们就不实现init()和destory()了，我们就来调用service()方法处理客户端请求。javax.servlet.Servlet的service()方法是有两个参数的

public void service(ServletRequest req, ServletResponse res) throws ServletException, IOException;

我们在应用开发中常用的HttpServletRequest和HttpServletResponse，实际上是我们的Java Web服务器已经帮我们实现了，这里我们也需要来实现我们的HttpServletRequest和HttpServletResponse，然后在调用service()方法就可以了。到这里，我们简易版的Web服务器就算成功了。