前言
tomcat 中的请求都是由 servlet 处理，静态资源也不例外。在默认的 web.xml 中，配置了一个 defaultservlet 用于处理静态资源，它支持缓存和断点续传。
defaultservlet 的基本处理过程如下：
- 查找资源是否存在缓存
- 检查是否满足可选 if 头域指定的条件
- 设置响应头域，如 content-type、content-length、etag、last-modified
- 检查是否满足 sendfile 的条件，否则将内容拷贝到输出流中
接下来主要分析资源缓存的设计和实现，以及 if 头域的处理。
1. 资源缓存的设计
访问磁盘的速度远远低于访问内存的速度，所以适当的缓存一部分静态资源能够让系统快速响应。
tomcat 在 6.0.53 版本实现静态资源的处理时，借助了 jndi 的一些 api（但在使用时感觉与 jndi 的关系不大），相关类图及核心方法和属性如下：
缓存相关的类：
- resourcecache: 缓存实现，提供了资源查找、加载、销毁的功能
- cacheentry: 一个缓存条目，包含缓存名称，如 /tomcat.gif，资源和资源的属性以及对应的目录
资源目录相关的类是：
- emptydircontext: 主要用于嵌入式模式，行为就像没有可用资源一样
- filedircontext: 基于文件系统的资源目录服务
- wardircontext: 基于 war 文件的目录服务
- resource: 封装了资源内容，主要有字节数据和输入流
- resourceattributes: 资源属性，主要有内容长度和最后修改时间
- proxydircontext: 资源缓存和目录服务的代理，提供查找资源缓存、校验缓存是否过期等功能
默认情况下，缓存最大为 10 mb，单个缓存资源最大为 512 kb，缓存的 ttl 为 5s。
一般的，在 mapper 映射到处理静态资源的 wrapper 时，会引起资源的加载，基本的方法调用情况如下：
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mapper.map(messagebytes, messagebytes, mappingdata)
└─mapper.internalmap(charchunk, charchunk, mappingdata)
└─mapper.internalmapwrapper(mapper$context, charchunk, mappingdata)
└─proxydircontext.lookup(string)
└─proxydircontext.cachelookup(string)
└─resourcecache.lookup(string)
└─resourcecache.find(cacheentry[], string)
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缓存资源插入内部数组时是有序的，find 方法就是通过资源名二分查找缓存，资源名就是请求路径，此时有两种情况，缓存命中和未命中。
缓存未命中，在 cachelookup 方法中会新建一个 cacheentry 对象，调用 cacheload 方法加入到 resourcecache 的缓存数组中，加入前会对缓存条目进行以下操作：
- 获取并初始化缓存资源属性，主要是文件的 contentlength 和 lastmodified
- 如果文件长度小于 512kb，那么将文件内容加载到内存中
- 标记缓存存在，设置缓存时间戳
缓存命中，会对缓存条目进行校验：
- 检查是否过期，当前时间大于缓存条目设置的时间戳
- 如果过期，再检查资源内容是否修改
- 如果修改，清除这个缓存，读取最新内容
以上就是资源缓存简单的处理过程。
2. if 头域的处理
客户端接收并缓存请求的资源，，当再次请求此资源时，服务端根据特定的请求头域来验证资源是否修改，没有变动，则只返回一个 304 not modified 响应，否则返回资源的内容，从而节省带宽。
用于资源验证的头域有两种，分别是：last-modified+if-modified-since 和 etag+if-none-match。
last-modified+if-modified-since，单位是秒，这个容易理解，如果服务端资源的最后修改时间小于 if-modified-since 的值，表示资源无变动。与 if-modified-since 对应的有个 if-unmodified-since，它类似一个断言，小于此时间戳的资源才返回，大于等于的话会返回 412 precondition failed 的错误。
使用时间戳校验有几个弊端：
- 文件有可能只改变修改时间，内容不变
- 文件在秒以下的时间修改无法判断
- 服务器可能不能精确获取文件的最后修改时间。
因此，http 引入了 etag。etag(entity tags) 资源唯一标识，可看做服务端为资源生成的一个 token，用于校验资源是否修改。http 只规定 etag 要放在双引号内，没有规定内容是什么或者要怎么实现，tomcat 生成 etag 的逻辑是 "w/\"" + contentlength + "-" + lastmodified + "\"" ，其中 'w/' 表示大小写敏感。
etag+if-none-match，if-none-match 的值由一个或多个 etag 组成，多个以逗号分割，如果服务端资源的 etag 与其中的任何一个都不匹配，表示请求的资源有修改；否则无变动。它还有一个特殊值-星号（*），只在资源上传时使用，通常是 put 方法，检查是否已经上传过。
此外 if-none-match 的优先级高于 if-modified-since，也就是说，存在 if-none-match 就不对最后修改时间进行校验。与 if-none-match 相对的有个 if-match，它也类似断言，只有资源的 etag 匹配时才认为没有修改，通常用于断点续传。
tomcat 实现此部分的核心代码如下：
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// 返回 true 是才认为资源有变动
protected boolean checkifheaders(httpservletrequest request,
httpservletresponse response,resourceattributes resourceattributes)
throws ioexception {
return checkifmatch(request, response, resourceattributes)
&& checkifmodifiedsince(request, response, resourceattributes)
&& checkifnonematch(request, response, resourceattributes)
&& checkifunmodifiedsince(request, response, resourceattributes);
}
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2.1 一次请求流程
以请求 /main.css 静态资源为例，第一次请求响应头信息如下：
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http/1.1 200 ok
server: apache-coyote/1.1
accept-ranges: bytes
etag: w/"72259-1557127244000"
last-modified: mon, 06 may 2019 07:20:44 gmt
content-type: text/css
content-length: 72259
date: mon, 06 may 2019 07:20:57 gmt
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第二次请求时，首先看一下请求头域关键信息：
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cache-control:max-age=0
connection:keep-alive
host:localhost:8080
if-modified-since:mon, 06 may 2019 07:20:44 gmt
if-none-match:w/"72259-1557127244000"
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服务器收到请求后就会比对 etag，这里匹配成功，表示资源没有修改，响应如下：
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http/1.1 304 not modified
server: apache-coyote/1.1
etag: w/"72259-1557127244000"
date: mon, 06 may 2019 07:21:46 gmt
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注意：在复现时，要使用文本类型，如果使用 chrome 浏览器，记得开启缓存。
2.2 accept-ranges
在上文的响应中，服务器设置了一个 accept-ranges: bytes 头，字面理解就是可以请求资源的一部分字节，客户端发现有这个头时，就可以尝试断点续传。
解析过程就是对 http 规范的实现，这里不在具体分析了，规范详细信息可查看 rfc7233#section-2.3.
3. sendfile 的处理
检查是否支持 sendfile，nio 模式下支持此操作，也就是零拷贝，此操作会减少一次到应用内存的拷贝，直接从内核将数据写入通道。tomcat 在文件大小大于 48kb 时会尝试使用此方式发送。
4. 小结
tomcat 对静态资源处理的实现还是比较完善的，但还是略逊色于 nginx 这类 web 服务器，因为它们能直接处理静态资源，而 tomcat 还要多做一次映射。一般的都会进行动静分离，让 tomcat 专注处理动态请求。
总结
以上就是这篇文章的全部内容了，希望本文的内容对大家的学习或者工作具有一定的参考学习价值，谢谢大家对服务器之家的支持。
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