--- highlight: github --- 本篇文章主要介绍 Java Web 服务器是怎么运行的，以及如何手写一个**简易版**的 tomcat 服务器。 > Web 服务器也称为超文本传输协议（HTTP）服务器，因为它使用 HTTP 与其客户端进行通信。常用的 Web 服务器有：Apache 服务器、Nginx 服务器、Tomcat 服务器等等。对于笔者来说，最常使用的就是 tomcat 服务器了。平常我们使用 tomcat 服务器都是新建一个 Web 项目，写好代码，在 IDEA 中配置好 tomcat 的路径然后点击 IDEA 的绿色启动按钮 Run，就启动了 tomcat 服务器，我们也就能通过浏览器去访问我们的项目了。不过却很少去深究里面的原理，今天我们就来盘一盘 Web 服务器的基本原理。 ###### Http 请求流程说到服务器，肯定要说到我们客户端（浏览器）是怎么和服务器交互的，通过**HTTP 请求**。Http 请求的处理流程如下： ![http请求.png](https://p3-juejin.byteimg.com/tos-cn-i-k3u1fbpfcp/31e1cacd4932447fba43ad171a9913c3~tplv-k3u1fbpfcp-watermark.image?) 先来说一下 HTTP 请求，我们如果要手写一个服务器，那肯定要先清楚服务器这边接受到的请求是什么样的，才好进行解析。 `HTTP 请求` * 一个 Http 请求包含以下三个部分： * 请求办法 + uri + 协议/版本 * 请求头 * 实体示例如下： ```java GET http://localhost:8080/hello-servlet HTTP/1.1 Host: localhost:8080 Connection: keep-alive sec-ch-ua: "Chromium";v="94", "Google Chrome";v="94", ";Not A Brand";v="99" sec-ch-ua-mobile: ?0 sec-ch-ua-platform: "Windows" Upgrade-Insecure-Requests: 1 User-Agent: Mozilla/5.0 (Windows NT 10.0; Win64; x64) AppleWebKit/537.36 myname=pengnan&age=18 ``` 上面第一行就是请求办法 + uri + 使用的协议，中间的就是请求头，空行后面是实体。**注意请求头和实体时间一定是有空行(CRLF)分隔的。** * 与 HTTP 请求类似，HTTP 响应也包括三个部分： * 协议 + 状态码 + 描述 * 响应头 * 响应实体段示例如下： ```js HTTP/1.1 200 OK Set-Cookie: JSESSIONID=1174D54DBE49E3E6E157B2351ABB1201; Path=/; HttpOnly Content-Type: text/html;charset=ISO-8859-1 Content-Length: 53 Date: Sat, 16 Apr 2022 15:24:21 GMT

Hello World!

``` 上述响应头和响应实体正文之间也有一个空行(CRLF)分隔。 ###### Socket 类俗话说的好，网络编程一切皆是 Socket。那 Socket 的重要性不言而喻。实现从浏览器到服务器的通信实际上就是 Socket 通信。Socket 也叫套接字，是网络连接的端点。那么相应的，我们只要在网络的这一边有个端点，在网络的另一边有个端点，就能实现网络的连接。套接字由 java.net.Socket 标志，Socket 类可以分为服务端和客户端，服务端使用的类主要是 ServerSocket 类，客户端使用的类主要是 Socket 类。为了更深刻的理解 HTTP 请求，也就是我们浏览器是怎么发送请求到服务器的（比如百度、微博之类）。我们可以先手写一个客户端，我们自己通过这个客户端来实现请求服务器（百度或微博），而不使用浏览器去请求。既然是客户端，那我们就要使用 Socket 类，Socket 类有众多构造办法，常用的是这个 ```java publict Socekt (java.lang.String host, int port) ``` 其中参数 host 是远程主机的名称或 IP 地址，port 的相应的端口号。比如**我们想连接百度，我们的 host 可以写 baidu.com, 端口可以写 443.** 那我们是怎么发送出一个 HTTP 请求的呢(假设本次请求的是本地的 8080 端口)，看下面代码： ```java Socket socket = new Socket("127.0.0.1", 8080); OutputStream outputStream = socket.getOutputStream(); PrintWriter out = new PrintWriter(outputStream, true); // 给指定 ip 地址发送一个 http 请求 out.println("GET /index.jsp HTTP/1.1"); // 请求办法 uri 协议 out.println("Host: localhost:8080"); // 请求头 out.println("Connection: keep-alive"); out.println(); // 空行 ``` 那上面的代码就代表我们发送了一个 HTTP 请求了，如果要接受服务器返回来的响应，可以接着写： ```java BufferedReader in = new BufferedReader(new InputStreamReader(socket.getInputStream())); ``` 通过这个 in 来读取里面的内容进行解析。 `这里说明一下流的使用，很简单的，outputStream 流就是可以往里面写东西的，因为要输出去嘛，output 出去，所以 outputStream 都是和 write 绑定使用的。而 inputSream 是输入流，输入进来的，我们要从里面读取东西出来，所以 inputStream 是和 read 绑定使用的。只要记住这两个关系，使用的时候就不会混。` ###### 简易版 Tomcat ok，铺垫了这么多，终于可以进入正题，这次的简易版的服务器只有三个类： * HttpServer * Request * Response **先说一下整体的思路**： 1. **既然是要搭建服务器，我们就理所当然的要使用 ServerSocket 类来创建一个套接字。** 2. **HttpServer 的作用就是创建一个 ServerSocket，然后等待连接。** 3. **有连接进来后我们就要解析进来的流，解析成 Request 对象，方便我们使用。** 4. **本次简易版为了快速展示整个流程，我们只处理静态资源（后面会有改进）。** 5. **我们根据请求的路径去获取静态资源文件，读取文件内容然后使用 Response 类输出到浏览器回去。** 主体代码如下，我们贴一点解释一点，慢慢来 * 首先是 HttpServer 类，他的作用就几个： * 创建 ServerSocket * 使用 Request 解析 * 使用 Response 响应 ```java public class HttpServer { public static final String WEB_ROOT = System.getProperty("user.dir") + File.separator + "webroot"; // 终止命令 private static final String SHUTDOWN_COMMAND = "/SHUTDOWN"; // 是否要停止服务器 private boolean shutdown = false; public static void main(String[] args) { HttpServer server = new HttpServer(); server.await(); } public void await() { xxx } } ``` 这里说一下 `System.getProperty("user.dir")`的作用，就是获取当前项目所在的根路径，`WEB_ROOT`就是我们存放静态资源的目录。上述的 SHUTDOWN_COMMAND 表示如果请求路径是 /SHUTDOWN 就会停止服务器。这里我们简单看下整个目录结构： ![image.png](https://p3-juejin.byteimg.com/tos-cn-i-k3u1fbpfcp/7cc7f5b65133415d9c4a4e92a32053e7~tplv-k3u1fbpfcp-watermark.image?) `await()` 办法是这个类的灵魂： ```java 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); } // 等待连接进来 while (!shutdown) { Socket socket = null; InputStream input = null; OutputStream output = null; try { socket = serverSocket.accept(); input = socket.getInputStream(); output = socket.getOutputStream(); // 创建一个 request 对象并解析进来的流 Request request = new Request(input); request.parse(); // 创建一个 Response 对象，返回静态资源 Response response = new Response(output); response.setRequest(request); response.sendStaticResource(); // Close the socket socket.close(); // 检查是否是停止命令 shutdown = request.getUri().equals(SHUTDOWN_COMMAND); } catch (Exception e) { e.printStackTrace(); continue; } } } ``` 这个 await() 办法别看代码少，其实这就是一个 web 服务器的本质了，创建 ServerSocket，等待连接，处理连接，返回响应。接着看 Request 类和 Response 类： ```java public class Request { private InputStream input; private String uri; public Request(InputStream input) { this.input = input; } public void parse() { // 从 socket 流中读取数据这个 parse 办法就是读取流，流里面其实就是 http 请求（见上面的 http请求示例） StringBuffer request = new StringBuffer(2048); int i; byte[] buffer = new byte[2048]; // 创建一个字节输入，相当与容器 try { i = input.read(buffer); // 把流中的内容读取到容器中 } catch (IOException e) { e.printStackTrace(); i = -1; } for (int j = 0; j < i; j++) { // i 是读取的长度，将流中的内容写到 request 字符串中 request.append((char) buffer[j]); } System.out.print(request.toString()); uri = parseUri(request.toString()); } // 根据 http 请求解析出请求路径 // 其实就是 http 请求第一行，两个空格之间：GET index.html HTTP/1.1 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; } } ``` Request 类这里的作用主要的读取 HTTP 请求中的路径，这时候整个 request 实例会被传给 response。 ```java 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 { // 自己写一个成功的响应头 String successHeader = "HTTP/1.1 200 OK\r\n" + "Content-Type: text/html\r\n" + "\r\n"; output.write(successHeader.getBytes()); // 注意 Response 类中的 output 是 HttpServer 类中传进来的 // 再读取 webroot 目录下的静态文件的内容，输出到 output 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" + "

File Not Found

"; output.write(errorMessage.getBytes()); } } catch (Exception e) { System.out.println(e.toString()); } finally { if (fis != null) fis.close(); } } } ``` Response 类主要是根据路径去找文件，如果文件不存在，则返回错误消息到浏览器，存在则返回文件内容到浏览器。写完之后我们看下 index.html 的内容： ``` Welcome to BrainySoftware

Welcome to My first Server. ``` 启动一下 HttpServer 的 main 办法，访问一下 http://localhost:8080/index.html 如下: ![image.png](https://p6-juejin.byteimg.com/tos-cn-i-k3u1fbpfcp/5443ef9f6da2474989cac16c207b45a6~tplv-k3u1fbpfcp-watermark.image?) 至此，一个简易版的 Tomcat 服务器就算手写完毕。之后还会对这个手写的服务器进行进一步的完善，不出意外的话这应该会写成一个系列，这是第一篇。代码我放在 gitee 上面，需要自取：https://gitee.com/the_meaning/my-how-tomcat-works.git 本篇文章思路来自《深入剖析 Tomcat》这本书，这是第一章的内容，看完之后觉得有点意思。我看的是实体书，如果也想要看同学可以评论区 call 我一下，我去找找电子书资源放上来。写完太晚啦，晚安吧。