【学习笔记】手写 Tomcat 八

时间：2024-10-02 17:34:04

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一、NIO

1. 创建 Tomcat NIO 类

2. 启动 Tomcat

3. 测试

二、解析请求信息

三、响应数据

创建响应类

修改调用的响应类

四、完整代码

五、测试

六、总结

七、获取全部用户的功能

POJO

生成 POJO

1. 在 Dao 层定义接口

2. 获取用户数据

3. 在 Service 层定义接口

4. Service 层的实现方法

5. 创建 Servlet

6. 测试

八、作业

优化NIO

一、NIO

Non-Blocking I/O，非阻塞IO。我们之前使用的是 BIO 阻塞IO

NIO 是同步非阻塞的，服务器的实现模式是一个线程处理多个连接 

关于 NIO ，可以看看这位博主写的文章 Java NIO 详解-****博客 

1. 创建 Tomcat NIO 类

package com.shao.net;


import java.io.IOException;
import java.net.InetSocketAddress;
import java.net.URLDecoder;
import java.nio.ByteBuffer;
import java.nio.channels.SelectionKey;
import java.nio.channels.Selector;
import java.nio.channels.ServerSocketChannel;
import java.nio.channels.SocketChannel;
import java.util.Iterator;

public class TomcatNIO {

    public TomcatNIO() {

        // 1. 创建通信管道
        try {
            ServerSocketChannel ssc = ServerSocketChannel.open();

            // 2. 绑定端口
            ssc.bind(new InetSocketAddress(8080));

            // 3. 配置非阻塞通信管道
            ssc.configureBlocking(false);

            // 4. 创建一个选择器
            Selector selector = Selector.open();

            // 5. 将通信管道注册到选择器上，监听客户端连接请求的事件
            ssc.register(selector, SelectionKey.OP_ACCEPT);

            // 循环监听客户端请求并处理相应事件
            while (true) {
                System.out.println("等待连接...");
                // 6. 从 selectors 中选择并返回已就绪的通道数
                int number = selector.select();
                if (number == 0) continue;

                // 7. 这些 SelectionKey 对象代表了就绪的通道及其相应的注册事件。
                Iterator<SelectionKey> it = selector.selectedKeys().iterator();

                while (it.hasNext()) {
                    SelectionKey key = it.next();

                    // 8. 判断就绪事件类型
                    if (key.isAcceptable()) {
                        System.out.println("有客户端连接了...");

                        // 1. 接受新的客户端连接
                        SocketChannel sc = ssc.accept();

                        // 2. 设置连接的通道为非阻塞模式
                        sc.configureBlocking(false);

                        // 3. 将新连接的通道注册到选择器上，监听读事件
                        sc.register(selector, SelectionKey.OP_READ);

                        System.out.println("客户端连接成功");

                    } else if (key.isReadable()) {
                        // 读事件

                        // 1. 创建缓冲区
                        ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(1024);

                        // 2. 将 key 关联的通道 (channel) 转换为 SocketChannel 类型。转换后的 socketChannel 可用于进行网络读写操作。
                        SocketChannel socketChannel = (SocketChannel) key.channel();

                        // 3. 读取数据到缓冲区
                        int read = socketChannel.read(buffer);

                        if (read > 0) {
                            // 获取缓冲区的数据
                            byte[] array = buffer.array();

                            // 转成字符串
                            String msg = new String(array, 0, read);

                            // 将请求信息进行 URL 解码，然后使用 UTF-8 进行编码
                            String message = URLDecoder.decode(msg, "UTF-8");

                            System.out.println("客户端发送了：" + message);

                            // 清空缓冲区
                            buffer.clear();

                            // 响应数据
                            String content = "OK";
                            String HttpResponse = "HTTP/1.1 200 OK\r\n" +
                                    "Content-Type: text/html;charset=utf-8\r\n" +
                                    "Content-Length: " + content.getBytes().length + "\r\n" +
                                    "\r\n" +
                                    content;

                            // 写入到缓冲区
                            buffer.put(HttpResponse.getBytes());

                            // 将缓冲区的界限设置为当前位置，然后再把当前位置重置为0
                            buffer.flip();

                            // 响应数据到客户端
                            socketChannel.write(buffer);

                        } else if (read == -1) {

                            // 关闭通道
                            socketChannel.close();

                            // 取消 key 关联的通道在 selector 上的注册
                            key.cancel();
                        }
                    }


                    // 移除已经处理的 SelectionKey，防止下次循环再处理这个键
                    it.remove();

                }
            }
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

2. 启动 Tomcat

在入口类启动 NIO 的 Tomcat

3. 测试

二、解析请求信息

因为请求信息和之前是一样的，所以可以使用 HttpRequest 解析类

三、响应数据

创建响应类

因为响应数据的方式不一样，所以需要创建一个 NIO 方式的响应类

package com.shao.net;

import com.shao.Servlet.BaseServlet;
import com.shao.Utils.ServletByAnnoUtil;

import java.io.FileInputStream;
import java.io.IOException;
import java.nio.ByteBuffer;
import java.nio.channels.SocketChannel;

public class HttpResponseNIO {

    /**
     * 连接的通道
     */
    private SocketChannel sc;

    /**
     * 缓冲区
     */
    private ByteBuffer buffer;

    /**
     * 解析类的对象
     */
    private HttpRequest httpRequest;

    public HttpResponseNIO(SocketChannel sc, ByteBuffer buffer, HttpRequest httpRequest) {
        this.sc = sc;
        this.buffer = buffer;
        this.httpRequest = httpRequest;
    }

    public void response(String filePath) {
        //判断请求的是否为静态文件
        if (StaticResourceHandler.isLikelyStaticResource(httpRequest.getRequestModule())) {
            // 获取静态资源一般是 GET 请求方法
            if (httpRequest.getRequestMethod().equals("GET")) {
                // 响应静态资源
                responseStaticResource(filePath);
            }
        } else {
            // 处理动态请求
            System.out.println("请求动态资源");

            // 获取 Servlet 对象，参数是请求的模块名
            BaseServlet servlet = ServletByAnnoUtil.getServletClass(httpRequest.getRequestModule());

            // 如果没有找到对应的 Servlet ，返回 404
            if (servlet == null) {
                responseStaticResource("webs/pages/not_Found404.html");
                return;
            }
            // 调用 service 方法
            servlet.service(httpRequest, this);
        }
    }

    /**
     * 响应静态资源
     */
    private void responseStaticResource(String filePath) {
        // 读取文件
        byte[] fileContents = StaticResourceHandler.getFileContents(filePath);

        // 判断文件是否存在，不存在则返回 404 的页面
        if (fileContents == null) {
            try {
                FileInputStream fis = new FileInputStream("webs/pages/not_Found404.html");

                fileContents = new byte[fis.available()];

                fis.read(fileContents);

                fis.close();
            } catch (Exception e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }

        // 响应协议
        String protocol = httpRequest.getRequestProtocol();
        // 文件媒体类型
        String fileMimeType = StaticResourceHandler.getFileMimeType(filePath);

        // 清空缓冲区
        buffer.clear();

        // 写入数据到缓冲区
        buffer.put((protocol + " 200 OK\r\n").getBytes());
        buffer.put(("Content-Type: " + fileMimeType + "\r\n").getBytes());
        buffer.put(("Content-Length: " + fileContents.length + "\r\n").getBytes());
        buffer.put(("\r\n").getBytes());
        buffer.put(fileContents);

        // 将缓冲区的界限设置为当前位置，然后再把当前位置重置为0
        buffer.flip();

        try {
            // 响应数据到客户端
            sc.write(buffer);
            System.out.println("响应成功");

        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }

    public void send(byte[] content) {
        // 获取请求协议
        String protocol = httpRequest.getRequestProtocol();

        // 清空缓冲区
        buffer.clear();

        // 往缓冲区写入数据
        buffer.put((protocol + " 200 OK\r\n").getBytes());
        buffer.put(("Content-Type: text/html;charset=utf-8\r\n").getBytes());
        buffer.put(("Content-Length: " + content.length + "\r\n").getBytes());
        buffer.put("\r\n".getBytes());
        buffer.put(content);

        // 设置缓冲区的界限为当前指针的位置，然后把指针指向缓冲区的起始位置
        buffer.flip();

        try {

            // 响应数据
            sc.write(buffer);
            System.out.println("响应成功");

        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

修改调用的响应类

四、完整代码

package com.shao.net;


import java.io.IOException;
import java.net.InetSocketAddress;
import java.net.URLDecoder;
import java.nio.ByteBuffer;
import java.nio.channels.SelectionKey;
import java.nio.channels.Selector;
import java.nio.channels.ServerSocketChannel;
import java.nio.channels.SocketChannel;
import java.util.Iterator;

public class TomcatNIO {
    public TomcatNIO() {

        // 1. 创建通信管道
        try {
            ServerSocketChannel ssc = ServerSocketChannel.open();

            // 2. 绑定端口
            ssc.bind(new InetSocketAddress(8080));

            // 3. 配置非阻塞通信管道
            ssc.configureBlocking(false);

            // 4. 创建一个选择器
            Selector selector = Selector.open();

            // 5. 将通信管道注册到选择器上，监听客户端连接请求的事件
            ssc.register(selector, SelectionKey.OP_ACCEPT);

            // 循环监听客户端请求并处理相应事件
            while (true) {
                System.out.println("等待连接...");
                // 6. 从 selectors 中选择并返回已就绪的通道数
                int number = selector.select();
                if (number == 0) continue;

                // 7. 这些 SelectionKey 对象代表了就绪的通道及其相应的注册事件。
                Iterator<SelectionKey> it = selector.selectedKeys().iterator();

                while (it.hasNext()) {
                    SelectionKey key = it.next();

                    // 8. 判断就绪事件类型
                    if (key.isAcceptable()) {
                        System.out.println("有客户端连接了...");

                        // 1. 接受新的客户端连接
                        SocketChannel sc = ssc.accept();

                        // 2. 设置连接的通道为非阻塞模式
                        sc.configureBlocking(false);

                        // 3. 将新连接的通道注册到选择器上，监听读事件
                        sc.register(selector, SelectionKey.OP_READ);

                        System.out.println("客户端连接成功");

                    } else if (key.isReadable()) {
                        // 读事件

                        // 1. 创建缓冲区
                        ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(1024);

                        // 2. 将 key 关联的通道 (channel) 转换为 SocketChannel 类型。转换后的 socketChannel 可用于进行网络读写操作。
                        SocketChannel socketChannel = (SocketChannel) key.channel();

                        // 3. 读取数据到缓冲区
                        int read = socketChannel.read(buffer);

                        if (read > 0) {
                            // 获取缓冲区的数据
                            byte[] array = buffer.array();

                            // 转成字符串
                            String msg = new String(array, 0, read);

                            // 将请求信息进行 URL 解码，然后使用 UTF-8 进行编码
                            String message = URLDecoder.decode(msg, "UTF-8");

                            // 调用 HttpRequest 类解析请求信息
                            HttpRequest httpRequest = new HttpRequest(message);

                            // 拼接请求的静态资源的路径
                            String filePath = "/webs" + httpRequest.getRequestModule();

                            // 创建响应对象
                            HttpResponseNIO httpResponseNIO = new HttpResponseNIO(socketChannel, buffer, httpRequest);

                            // 响应数据到客户端
                            httpResponseNIO.response(filePath);

                        } else if (read == -1) {

                            // 关闭通信通道
                            socketChannel.close();

                            // 取消 key 关联的通道在 selector 上的注册
                            key.cancel();
                        }
                    }

                    // 9. 移除已经处理的 SelectionKey，防止下次循环再处理这个键
                    it.remove();
                }
            }
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

五、测试

六、总结

七、获取全部用户的功能

POJO

因为获取的用户数据需要封装，需要一个类和数据库的字段一一对应，这就是 对象关系映射(ORM) ，这个类可以称为 POJO

生成 POJO

1. 在 Dao 层定义接口

2. 获取用户数据

public ArrayList<Users> GetAllUser() {
        Connection connection = null;
        PreparedStatement pstmt = null;
        ResultSet resultSet = null;

        ArrayList<Users> users = new ArrayList<>();

        try {
            // 3. 从连接池获取一个数据库连接
            connection = DBConnectPool.getInstance().getConnection();

            // 4. 获取可执行对象
            // 定义 SQL 语句
            String SQL = "select id, account, name, password, money from train.users";
            pstmt = connection.prepareStatement(SQL);

            // 5. 执行sql语句，获取结果集
            resultSet = pstmt.executeQuery();

            // 6. 结果处理
            while (resultSet.next()) {

                // 获取一行数据，封装到对象中
                Users user = new Users();

                user.setId(resultSet.getLong("id"));
                user.setAccount(resultSet.getString("account"));
                user.setName(resultSet.getString("name"));
                user.setPassword(resultSet.getString("password"));
                user.setMoney(resultSet.getDouble("money"));

                // 添加到集合中
                users.add(user);
            }

        } catch (SQLException e) {
            e.printStackTrace();
        } finally {
            DBConnectPool.getInstance().releaseConnection(connection);
            DBConnectUtil.releaseSource(pstmt, resultSet);
        }
        return users;
    }

3. 在 Service 层定义接口

4. Service 层的实现方法

    public responseDTO GetAllUser() {

        // 调用 Dao 层获取数据
        ArrayList<Users> users = userDao.GetAllUser();

        return new responseDTO(200, users, "获取成功", users.size());
    }

5. 创建 Servlet

package com.shao.Servlet;

import com.alibaba.fastjson2.JSON;
import com.shao.Annotation.MyServlet;
import com.shao.Service.ServiceFactory;
import com.shao.Service.UserService;
import com.shao.Utils.responseDTO;
import com.shao.net.HttpRequest;
import com.shao.net.HttpResponseNIO;

@MyServlet("/GetAllUser")
public class GetAllUserServlet extends BaseServlet {
    responseDTO responseDTO = null;
    @Override
    void doGet(HttpRequest httpRequest, HttpResponseNIO httpResponse) {
        // 获取实例
        UserService userService = ServiceFactory.getUserService();

        // 调用获取所有用户的方法
        responseDTO = userService.GetAllUser();

        // 响应数据
        httpResponse.send(JSON.toJSONBytes(responseDTO));
    }
    @Override
    void doPost(HttpRequest httpRequest, HttpResponseNIO httpResponse) {
        responseDTO = new responseDTO(400, null, "不支持POST提交方法");
        httpResponse.send(JSON.toJSONBytes(responseDTO));
    }
}

6. 测试

八、作业

优化NIO

在高并发的场景下，现在的NIO配置无法及时处理，如何解决？

如果客户端发送的数据很多，如何分批次读取数据？

到目前为止，我们学习了 BIO和NIO网络通信模块、HttpRequest、HttpResponse、线程池、任务队列、线程任务对象、Servlet、业务逻辑处理 Service 、Dao 、数据库连接池、POJO、DTO、注解等。这些内容组合起来就是一个简单的框架

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