探秘Tomcat——一个简易的Servlet容器

即便再简陋的服务器也是服务器，今天就来循着书本的第二章来看看如何实现一个servlet容器。

背景知识

　　既然说到servlet容器这个名词，我们首先要了解它到底是什么。

servlet

　　相比你或多或少有所了解。servlet是用java编写的服务器端程序，主要功能在于交互式地浏览和修改数据，生成动态Web内容。狭义的Servlet是指Java语言实现的一个接口，广义的Servlet是指任何实现了这个Servlet接口的类，一般情况下，人们将Servlet理解为后者。

容器

　　容器的概念很大，在这里可以理解为能够管理对象（servlet）的生命周期，对象与对象之间的依赖关系。

　　基于对以上两个概念的解释，那么对于serelvet容器的概念也就不再那么陌生了。

servlet容器

　　就是创建、管理servlet规范中相关对象、生命周期的应用程序。

Servlet接口

　　servlet是一种编程规范，要实现servlet编程需要用到javax.servlet和javax.servlet.http。所有的servlet程序都需要实现或继承自实现了javax.servlet.servlet接口。

Servlet接口的方法

• init（）：servlet容器的初始化方法，该方法只会被调用一次；
• service（）：不同于init只会触发一次，service在客户端请求后就会被调用。同时需要传入参数servletRequest和servletResponse。从字面意思就能知道，servletRequest携带了客户端发送的HTTP请求的信息，而servletResponse则用于封装servlet的响应信息。
• destroy（）：当servlet实例调用完毕要被移除时，destroy方法将被调用。
• getServletConfig（）：该方法用于取得<servlet> <init-param>配置的参数
• getServletInfo（）：该方法提供有关servlet的信息，如作者、版本、版权。

servlet容器的职责

• 第一次调用servlet时，需要载入serlvet类并调用init方法；
• 针对客户端的request请求，创建一个servletRequest对象和一个servletResponse对象；
• 传参servletRequest和servletResponse，调用service方法；
• 当关闭servlet类时，调用destroy方法。

简陋的servlet容器

　　之所以说是简陋的servlet容器，因为这里并没有实现servlet所有的方法，该容器只能支持很简单的servlet，也没有init方法和destroy方法。主要实现功能如下：

• 等待HTTP请求；
• 创建serlvetRequest和servletResponse对象；
• 能够分别处理静态资源和servlet，当客户端请求静态资源时，则调用StaticResourceProcessor对象的process方法；当请求为serlvet则载入请求的servlet类并调用service方法。

主要包括6个类

• HttpServer1：程序的入口，负责创建Request和Response对象，并根据HTTP请求类型将其转给相应的处理器处理；
• Request：用于封装客户端HTTP请求信息；
• Response：用于封装服务器响应信息；
• StaticResourceProcessor：静态资源处理器；
• ServletProcessor1：servlet处理器；
• Constants：用于定义一些常量，如WEB_ROOT

HttpServer1

package day0522;

import java.net.Socket;
import java.net.ServerSocket;
import java.net.InetAddress;
import java.io.InputStream;
import java.io.OutputStream;
import java.io.IOException;

public class HttpServer1 {

  /** 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.
   */
  // shutdown command
  private static final String SHUTDOWN_COMMAND = "/SHUTDOWN";

  // the shutdown command received
  private boolean shutdown = false;

  public static void main(String[] args) {
    HttpServer1 server = new HttpServer1();
    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);

        // check if this is a request for a servlet or a static resource
        // a request for a servlet begins with "/servlet/"
        if (request.getUri().startsWith("/servlet/")) {
          ServletProcessor1 processor = new ServletProcessor1();
          processor.process(request, response);
        }
        else {
          StaticResourceProcessor processor = new StaticResourceProcessor();
          processor.process(request, response);
        }

        // 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();
        System.exit(1);
      }
    }
  }
}

　　

从代码可以看出，该类主要内容与上篇的HttpServer类似，不同点有：

• await会一直等待HTTP请求，如果等到请求，该方法会根据请求类型分发给对应的处理器来处理；
• 支持静态资源的请求，可以通过类似http://localhost:8080/index.html这样的请求来访问
• index.html页面；
• 支持servlet的请求和解析，可以通过类似http://localhost:8080/PrimitiveServlet来访问PrimitiveServlet

Request与上篇介绍的Request无异，不再介绍，但是需要说明一点，这里的Request实现了ServletRequest接口。

package day0522;

import java.io.InputStream;
import java.io.IOException;
import java.io.BufferedReader;
import java.io.UnsupportedEncodingException;
import java.util.Enumeration;
import java.util.Locale;
import java.util.Map;
import javax.servlet.RequestDispatcher;
import javax.servlet.ServletInputStream;
import javax.servlet.ServletRequest;

public class Request implements ServletRequest {

  private InputStream input;
  private String uri;

  public Request(InputStream input) {
    this.input = input;
  }

  public String getUri() {
    return uri;
  }

  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 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());
  }

  /* implementation of the ServletRequest*/
  public Object getAttribute(String attribute) {
    return null;
  }

  public Enumeration getAttributeNames() {
    return null;
  }

  public String getRealPath(String path) {
    return null;
  }

  public RequestDispatcher getRequestDispatcher(String path) {
    return null;
  }

  public boolean isSecure() {
    return false;
  }

  public String getCharacterEncoding() {
    return null;
  }

  public int getContentLength() {
    return 0;
  }

  public String getContentType() {
    return null;
  }

  public ServletInputStream getInputStream() throws IOException {
    return null;
  }

  public Locale getLocale() {
    return null;
  }

  public Enumeration getLocales() {
    return null;
  }

  public String getParameter(String name) {
    return null;
  }

  public Map getParameterMap() {
    return null;
  }

  public Enumeration getParameterNames() {
    return null;
  }

  public String[] getParameterValues(String parameter) {
    return null;
  }

  public String getProtocol() {
    return null;
  }

  public BufferedReader getReader() throws IOException {
    return null;
  }

  public String getRemoteAddr() {
    return null;
  }

  public String getRemoteHost() {
    return null;
  }

  public String getScheme() {
   return null;
  }

  public String getServerName() {
    return null;
  }

  public int getServerPort() {
    return 0;
  }

  public void removeAttribute(String attribute) {
  }

  public void setAttribute(String key, Object value) {
  }

  public void setCharacterEncoding(String encoding)
    throws UnsupportedEncodingException {
  }

@Override
public int getRemotePort() {
	// TODO Auto-generated method stub
	return 0;
}

@Override
public String getLocalName() {
	// TODO Auto-generated method stub
	return null;
}

@Override
public String getLocalAddr() {
	// TODO Auto-generated method stub
	return null;
}

@Override
public int getLocalPort() {
	// TODO Auto-generated method stub
	return 0;
}

}

　　

Response

　　同理，这里的Response也不在赘述。

package day0522;

import java.io.OutputStream;
import java.io.IOException;
import java.io.FileInputStream;
import java.io.FileNotFoundException;
import java.io.File;
import java.io.PrintWriter;
import java.util.Locale;
import javax.servlet.ServletResponse;
import javax.servlet.ServletOutputStream;

public class Response implements ServletResponse {

  private static final int BUFFER_SIZE = 1024;
  Request request;
  OutputStream output;
  PrintWriter writer;

  public Response(OutputStream output) {
    this.output = output;
  }

  public void setRequest(Request request) {
    this.request = request;
  }

  /* This method is used to serve a static page */
  public void sendStaticResource() throws IOException {
    byte[] bytes = new byte[BUFFER_SIZE];
    FileInputStream fis = null;
    try {
      /* request.getUri has been replaced by request.getRequestURI */
      File file = new File(Constants.WEB_ROOT, request.getUri());
      fis = new FileInputStream(file);
      /*
         HTTP Response = Status-Line
           *(( general-header | response-header | entity-header ) CRLF)
           CRLF
           [ message-body ]
         Status-Line = HTTP-Version SP Status-Code SP Reason-Phrase CRLF
      */
      int ch = fis.read(bytes, 0, BUFFER_SIZE);
      while (ch!=-1) {
        output.write(bytes, 0, ch);
        ch = fis.read(bytes, 0, BUFFER_SIZE);
      }
    }
    catch (FileNotFoundException e) {
      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());
    }
    finally {
      if (fis!=null)
        fis.close();
    }
  }

  /** implementation of ServletResponse  */
  public void flushBuffer() throws IOException {
  }

  public int getBufferSize() {
    return 0;
  }

  public String getCharacterEncoding() {
    return null;
  }

  public Locale getLocale() {
    return null;
  }

  public ServletOutputStream getOutputStream() throws IOException {
    return null;
  }

  public PrintWriter getWriter() throws IOException {
    // autoflush is true, println() will flush,
    // but print() will not.
    writer = new PrintWriter(output, true);
    return writer;
  }

  public boolean isCommitted() {
    return false;
  }

  public void reset() {
  }

  public void resetBuffer() {
  }

  public void setBufferSize(int size) {
  }

  public void setContentLength(int length) {
  }

  public void setContentType(String type) {
  }

  public void setLocale(Locale locale) {
  }

@Override
public String getContentType() {
	// TODO Auto-generated method stub
	return null;
}

@Override
public void setCharacterEncoding(String charset) {
	// TODO Auto-generated method stub

}
}

　　

　　这里的getWriter方法中新建了PrintWriter，其中第二个参数是一个boolean类型，表示是否启动autoFlush。

StaticResourceProcessor

package day0522;

import java.io.IOException;

public class StaticResourceProcessor {

  public void process(Request request, Response response) {
    try {
      response.sendStaticResource();
    }
    catch (IOException e) {
      e.printStackTrace();
    }
  }
}

　　

看代码可以看出：

　　该类相较上篇是新建的类，主要实现的方法有sendStaticResource，实际上这个方法在上篇中也有，只是直接放在Response中出现，并在HttpServer中声明调用，而这里是将两种请求类型分别封装成类。

ServletProcessor

package day0522;

import java.net.URL;
import java.net.URLClassLoader;
import java.net.URLStreamHandler;
import java.io.File;
import java.io.IOException;
import javax.servlet.Servlet;
import javax.servlet.ServletRequest;
import javax.servlet.ServletResponse;

public class ServletProcessor1 {

  public void process(Request request, Response response) {

    String uri = request.getUri();
    String servletName = uri.substring(uri.lastIndexOf("/") + 1);
    URLClassLoader loader = null;

    try {
      // create a URLClassLoader
      URL[] urls = new URL[1];
      URLStreamHandler streamHandler = null;
      File classPath = new File(Constants.WEB_ROOT);
      // the forming of repository is taken from the createClassLoader method in
      // org.apache.catalina.startup.ClassLoaderFactory
      String repository = (new URL("file", null, classPath.getCanonicalPath() + File.separator)).toString() ;
      // the code for forming the URL is taken from the addRepository method in
      // org.apache.catalina.loader.StandardClassLoader class.
      urls[0] = new URL(null, repository, streamHandler);
      loader = new URLClassLoader(urls);
    }
    catch (IOException e) {
      System.out.println(e.toString() );
    }
    Class myClass = null;
    try {
      myClass = loader.loadClass(servletName);
    }
    catch (ClassNotFoundException e) {
      System.out.println(e.toString());
    }

    Servlet servlet = null;

    try {
      servlet = (Servlet) myClass.newInstance();
      servlet.service((ServletRequest) request, (ServletResponse) response);
    }
    catch (Exception e) {
      System.out.println(e.toString());
    }
    catch (Throwable e) {
      System.out.println(e.toString());
    }

  }
}

　　

从代码看出：

• 该类只有一个方法process，接收Request和Response两个参数；
• 通过uri.substring来获取请求的servlet名；
• 通过新建一个类加载器来装载请求的servlet类，用的类加载器为java.net.URLClassLoader；
• 有了类加载器后，通过loadClass方法载入serlvet类；
• 创建一个载入类的实例，并调用其service方法。

至此，我们明白了：

• servlet容器会等待http请求；
• request负责封装http请求信息；
• response负责封装相应信息；
• staticResourceProcessor负责静态资源请求处理；
• servletProcessor负责servlet的请求处理；
• 一个简易的servlet容器的运作原理。

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