Tomcat工作原理及简单模拟实现

Tomcat应该都不陌生，我们经常会把写好的代码打包放在Tomcat里并启动，然后在浏览器里就能愉快的调用我们写的代码来实现相应的功能了，那么Tomcat是如何工作的？

一、Tomcat工作原理

我们启动Tomcat时双击的startup.bat文件的主要作用是找到catalina.bat，并且把参数传递给它，而catalina.bat中有这样一段话：

Bootstrap.class是整个Tomcat 的入口，我们在Tomcat源码里找到这个类，其中就有我们经常使用的main方法：

这个类有两个作用：

初始化一个守护进程变量、加载类和相应参数；
解析命令，并执行。

源码不过多赘述，我们在这里只需要把握整体架构，有兴趣的同学可以自己研究下源码。Tomcat的server.xml配置文件中可以对应构架图中位置，多层的表示可以配置多个：

即一个由 Server->Service->Engine->Host->Context 组成的结构，从里层向外层分别是：

Server：服务器Tomcat的顶级元素，它包含了所有东西。

Service：一组 Engine(引擎) 的集合，包括线程池 Executor 和连接器 Connector 的定义。

Engine(引擎)：一个 Engine代表一个完整的 Servlet引擎，它接收来自Connector的请求，并决定传给哪个Host来处理。

Container(容器)：Host、Context、Engine和Wraper都继承自Container接口，它们都是容器。

Connector(连接器)：将Service和Container连接起来，注册到一个Service，把来自客户端的请求转发到Container。

Host：即虚拟主机，所谓的”一个虚拟主机”可简单理解为”一个网站”。

Context(上下文 )：即 Web 应用程序，一个 Context 即对于一个 Web 应用程序。

Context容器直接管理Servlet的运行，Servlet会被其给包装成一个StandardWrapper类去运行。Wrapper负责管理一个Servlet的装载、初始化、执行以及资源回收，它是最底层容器。

比如现在有以下网址，根据“/”切割的链接就会定位到具体的处理逻辑上，且每个容器都有过滤功能。

二、Tomcat实现思路

下面只是简单实现效果，当浏览器访问对应地址时：

实现以上效果整体思路如下：

1.ServerSocket占用8080端口，用while（true）循环等待用户发请求。

2.拿到浏览器的请求，解析并返回URL地址，用I/O输入流读取本地磁盘上相应文件。

3.读取文件，不存在构建响应报文头、HTML正文内容，存在则写到浏览器端。

三、实现Tomcat

工程文件结构和pom.xml文件：

1.HttpServer核心处理类，用于接受用户请求，传递HTTP请求头信息，关闭容器：

public class HttpServer {// 用于判断是否需要关闭容器private boolean shutdown = false;public void acceptWait() {ServerSocket serverSocket = null;try {//端口号，最大链接数，ip地址serverSocket = new ServerSocket(8080, 1, InetAddress.getByName("127.0.0.1"));}catch (IOException e) {e.printStackTrace();System.exit(1); }// 等待用户发请求while (!shutdown) {try {Socket socket = serverSocket.accept();InputStream is = socket.getInputStream();OutputStream  os = socket.getOutputStream();// 接受请求参数Request request = new Request(is);request.parse();// 创建用于返回浏览器的对象Response response = new Response(os);response.setRequest(request);response.sendStaticResource();//关闭一次请求的socket,因为http请求就是采用短连接的方式socket.close();//如果请求地址是/shutdown  则关闭容器if(null != request){shutdown = request.getUrL().equals("/shutdown");}}catch (Exception e) {e.printStackTrace();continue;}}}public static void main(String[] args) {HttpServer server = new HttpServer();server.acceptWait();}
}

2.创建Request类，获取HTTP的请求头所有信息并截取URL地址返回：

public class Request {private InputStream is;private String url;public Request(InputStream input) {this.is = input;}public void parse() {//从socket中读取一个2048长度字符StringBuffer request = new StringBuffer(Response.BUFFER_SIZE);int i;byte[] buffer = new byte[Response.BUFFER_SIZE];try {i = is.read(buffer);}catch (IOException e) {e.printStackTrace();i = -1;}for (int j=0; j<i; j++) {request.append((char) buffer[j]);}//打印读取的socket中的内容System.out.print(request.toString());url = parseUrL(request.toString());}private String parseUrL(String requestString) {int index1, index2;index1 = requestString.indexOf(' ');//看socket获取请求头是否有值if (index1 != -1) {index2 = requestString.indexOf(' ', index1 + 1);if (index2 > index1)return requestString.substring(index1 + 1, index2);}return null;}public String getUrL() {return url;}
}

3.创建Response类，响应请求读取文件并写回到浏览器

public class Response {public static final int BUFFER_SIZE = 2048;//浏览器访问D盘的文件private static final String WEB_ROOT ="D:";private Request request;private 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 {//拼接本地目录和浏览器端口号后面的目录File file = new File(WEB_ROOT, request.getUrL());//如果文件存在，且不是个目录if (file.exists() && !file.isDirectory()) {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 {//文件不存在，返回给浏览器响应提示,这里可以拼接HTML任何元素String retMessage = "<h1>"+file.getName()+" file or directory not exists</h1>";String returnMessage ="HTTP/1.1 404 File Not Found\r\n" +"Content-Type: text/html\r\n" +"Content-Length: "+retMessage.length()+"\r\n" +"\r\n" +retMessage;output.write(returnMessage.getBytes());}}catch (Exception e) {System.out.println(e.toString() );}finally {if (fis!=null)fis.close();}}
}