跟我一起动手实现Tomcat(一):实现静态Web服务器

最近笔者读了《深入剖析tomcat》这本书(原作:《how tomcat works》),
发现该书简单易读,每个章节循序渐进的讲解了tomcat的原理,
本文为记录第一章的知识点以及源码实现(造轮子)。

如何实现

HTTP协议就是咱们web服务器与浏览器交互的协议,具体的知识点以及背景本文就不再累述。那么举一个简单的例子就好:

  • 在浏览器输入http://www.baidu.com按下回车键。
  • 浏览器大概发送了以下的http请求到百度的服务器中:
GET /index.html HTTP/1.1
Host: www.baidu.com
...
  • 百度web服务器在接收到我们的请求的时候,找到对应的服务器资源并相应:
HTTP/1.1 200 OK
... 


    
        百度一下你就知道
    
    
        ....
    

那么其实通过上面的例子我们可以发现,静态(这里指的是html/图片/css等)web服务器的实现也是比较简单的:

用户请求-->服务器寻找相应的资源-->服务器输出对应的资源-->浏览器展示给用户

代码实现

在这里使用java socket api 实现简单的静态web服务器。
  • 新建一个main方法,核心 代码如下:
//开启socket server 8080端口监听.
 ServerSocket server = new ServerSocket(8080, 1, InetAddress.getByName("127.0.0.1"));

try (Socket accept = serverSocket.accept();
  InputStream inputStream = accept.getInputStream();
  OutputStream outputStream = accept.getOutputStream()) {
    //解析用户的请求
    Request request = new Request();
    request.setRequestStream(inputStream);
    request.parseRequest();
    //生成响应对象并响应静态资源
    Response resp = new Response(outputStream, request);
    resp.accessStaticResources();
} catch (IOException e) {
    LOGGER.warn("catch from user request.",e);
}
//关闭服务器
serverSocket.close();
  • Request 对象

    主要功能:将用户请求(socket的inputStream流)解析为字符串,提取请求中的URI

解析字符串代码如下:

StringBuilder requestStr = new StringBuilder();
int i;
//new 一个 byte缓冲数组
byte[] buffer = ArrayUtil.generatorCache();
try {
    i = inputStream.read(buffer);
} catch (IOException e) {
    e.printStackTrace();
    i = -1;
}
//将读取到的byte转为String
for (int j = 0; j < i; j++) {
    requestStr.append((char) buffer[j]);
}
//解析请求的字符串,提取请求的URI
this.parseURI(requestStr.toString());

那么请求的信息被我们解析成字符串了,我们怎么知道他想请求什么静态资源呢?

那我们把解析字符串打印一下:

System.out.println(requestStr.toString());

GET /index.html HTTP/1.1

Host: 127.0.0.1:8080 Connection: keep-alive

Cache-Control: max-age=0

User-Agent: Mozilla/5.0 (Windows NT 10.0; WOW64) AppleWebKit/537.36 (KHTML, like Gecko) Chrome/63.0.3239.108 Safari/537.36

Upgrade-Insecure-Requests: 1

Accept-Encoding: gzip, deflate, br

Accept-Language: zh-CN,zh;q=0.9

可以很明显的看到,加粗的地方就是我们要提取的URI,那么怎么提取呢?细心的我们发现了, /index.html 这段字符串前后都有一个空格!行,那我们可以直接用String的indexOf方法解析,参考代码如下:

// 获取/index.html 前面的那个空格索引
int oneSpace = requestStr.indexOf(" ");
//获取/index.html 后面的那个空格索引
int twoSpace = requestStr.indexOf(" ", oneSpace + 1);
//截取获得用户请求URI
uri = requestStr.substring(oneSpace + 1, twoSpace);
  • Response 对象

    上面Request对象已经把用户想请求的资源解析出来了,那么Response的功能就是找到这个文件,
      使用Socket的outputStream把文件作为字节流输出给浏览器,就可以将我们的HTML显示给用户啦~

那么这个项目我们的静态文件放在那里呢?来看看我们的项目结构:

    -main  
        -java       java代码
    -resources
        -webroot    存放我们静态资源的文件夹

因为是只使用MAVEN构建项目,我们也没使用Spring等框架,如何定位到webroot这个文件夹呢?参考了网上的代码:

String WEB_PROJECT_ROOT = HttpServer.class.getClassLoader().getResource("webroot").getFile().substring(1);

前面的疑惑都解决了,接下来我们就直接把对应的文件找到给写回去就完事了~ 伪码如下:

//根据请求URI找到用户对应请求的资源文件
File staticResource = new File(HttpServer.WEB_PROJECT_ROOT + request.getUri());
//资源存在
if (staticResource.exists() && staticResource.isFile()) {
    outputStream.write(this.responseToByte(200,"OK"));
    write(staticResource);
//资源不存在,使用默认的404返回
} else {
    staticResource = new File(HttpServer.WEB_PROJECT_ROOT + "/404.html");
    outputStream.write(this.responseToByte(404,"file not found"));
    write(staticResource);
}

其中,responseToByte()这个方法只负责将响应行输出:

    HTTP/1.1 200 OK

资源不存在时咱们就输出:

    HTTP/1.1 404 file not found

write()方法也很简单,将传入的file对象转成流并使用socket的outputStream输出

try (FileInputStream fis = new FileInputStream(file)) {
    byte[] cache = new byte[1024];
    int read;
    while ((read = fis.read(cache, 0, 1024)) != -1) {
        outputStream.write(cache, 0, read);
    }
}

看看效果

运行main方法,打开我们的浏览器输出127.0.0.1/index.html按下回车,可以看到结果如图:


试试随便输入一个不存在的资源:


按下F12看看Http请求和响应分别是怎样的:

请求:
GET /abc.html HTTP/1.1
Host: 127.0.0.1:8080
其他请求头忽略...

响应:
HTTP/1.1 404 file not found




    
    404 not found!


    

请求页面不存在!

到这里,咱们的Tomcat 1.0 web服务器就已经开发完成啦(滑稽脸),已经可以实现简单的html和css、图片等资源的访问等功能,下一章咱们来实现以下简单的Servlet容器功能开发(ZHONG TOU XI)敬请期待~

PS:本章源码已上传github SimpleTomcat

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