作为后端开发人员,在实际工作中,Web 服务器的使用频率极高,而在众多 Web 服务器中,Tomcat 作为不可或缺的重要框架,理应成为我们必须学习和掌握的重点。
Tomcat 本质上是一个 Web 框架,那么它的内部机制究竟是如何运作的呢?若不依赖 Tomcat,我们是否有能力自行构建一个 Web 服务器呢?
首先,Tomcat 的内部实现极为复杂,涵盖众多组件。我们将在后续章节中对这些细节展开深入探讨。 其次,本章将带领大家亲手构建一个 Web 服务器。
接下来,让我们一起动手,实现一个简易的 Web 服务器吧。
(【注】:参考自《How Tomcat Works》一书)
什么是 Http
HTTP 是一种协议,全称为超文本传输协议,它使得 Web 服务器与浏览器能够通过互联网传输与接收数据,属于一种请求/响应的通信机制。HTTP 协议的底层依赖于 TCP 协议进行数据传输。目前,HTTP 已经演进至 2.x 版本,历经从 0.9、1.0、1.1 到如今的 2.x,每次迭代都为协议增加了许多新功能。
在 HTTP 的通信模式中,始终由客户端发起请求,服务器接收到请求后处理相应的逻辑,并在处理完成后返回响应数据。客户端接收完数据后,请求流程结束。在此过程中,客户端和服务器均可以对已建立的连接进行中断操作,譬如通过浏览器的停止按钮来终止连接。
具体 Http 可参考:
Http 请求
一个 HTTP 协议的请求由三部分组成:
- 请求行:包括请求方法、URI 和协议/版本,如
GET /index.html HTTP/1.1
。 - 请求头部:包含各种元数据信息,如主机地址、用户代理、内容类型等,用于描述客户端和请求的相关信息。
- 请求主体:用于传输实际数据,通常在 POST 或 PUT 请求中包含,如表单数据或文件内容。
例如:
数据的第一行包含请求方法、URI、协议和版本。在此例中,方法为 POST,URI 为/api/gateway/test
,协议为HTTP/1.1
,协议版本为 1.1。各部分通过空格进行分隔。
请求头部从第二行开始,采用英文冒号(:)分隔键和值。请求头部与主体内容之间通过一个空行隔开。在此例中,请求主体为表单数据。
http 协议-响应
类似于 HTTP 协议的请求,响应也由三部分构成:
- 响应行:包括协议、状态码和状态描述,如
HTTP/1.1 200 OK
。 - 响应头部:包含各种元数据信息,如内容类型、服务器信息、日期等,用于描述服务器和响应的相关信息。
- 响应主体:传输实际数据的部分,例如网页内容或文件数据。
第一行 HTTP/1.1 200 OK
表示协议、状态码和状态描述。随后是响应头部部分。响应头部与主体内容之间由一个空行分隔。
什么是 Socket
Socket,即套接字,是网络连接中的一个端点(end point),它使得应用程序能够在网络上读取和写入数据。通过连接,不同计算机上的不同进程能够互相发送和接收数据。如果应用 A 希望向应用 B 发送数据,A 应用需要知道 B 应用的 IP 地址以及 B 应用开放的套接字端口。在 Java 中,java.net.Socket
类用来表示一个套接字。
java.net.Socket
最常用的构造方法为:public Socket(String host, int port);
,其中 host
表示主机名或 IP 地址,port
表示套接字端口。接下来,我们来看一个具体的例子:
这个示例代码做了以下几点:
- 连接到本地服务器的 8080 端口。
- 通过输出流发送 HTTP 请求。(通过
socket.getOutputStream()
方法可以发送数据) - 通过输入流读取服务器响应。(通过
socket.getInputStream()
方法可以读取数据。) - 关闭连接和流。
ServerSocket
Socket 表示一个客户端套接字,每次需要发送或接收数据时,都需要创建一个新的 Socket。相对而言,服务器端的应用程序需要考虑更多因素,因为服务器需要随时待命,无法预测何时会有客户端连接。为此,在 Java 中,我们使用 java.net.ServerSocket
来表示服务器端的套接字。
与 Socket 不同,ServerSocket 需要等待客户端的连接请求。一旦有客户端连接,ServerSocket 会创建一个新的 Socket 与客户端进行通信。
ServerSocket 提供了多种构造方法,我们可以举一个常用的例子。
这个示例代码完成了以下步骤:
- 创建
ServerSocket
实例:
8080
是服务器监听的端口。1
是连接请求队列的长度,即最大等待连接数。InetAddress.getByName("127.0.0.1")
指定了绑定的本地 IP 地址,确保服务器只接受来自本地的连接。
- 等待客户端连接:
serverSocket.accept()
方法阻塞,直到有客户端连接进来。- 处理客户端连接:
- 读取客户端请求并打印。
- 发送一个简单的 HTTP 响应回客户端。
- 清理资源:
- 关闭流和套接字以释放资源。
HttpServer
我们来看一个具体的例子:
HttpServer
表示一个服务器端的入口,它提供了一个 main
方法,并在 8080 端口上持续监听,直到有客户端建立连接。当客户端连接到服务器时,服务器通过生成一个 Socket 来处理该连接。
Request 对象
Request
对象主要完成以下几项工作:
- 解析请求数据:处理客户端发送的所有请求数据。
- 解析 URI:从请求数据的第一行中提取和解析 URI。
Response 对象
★
Response
主要负责向客户端发送文件内容(如果请求的 URI 指向的文件存在)。
总结
通过上述例子,我们惊喜地发现,在 Java 中实现一个 Web 服务器其实简单明了,代码也非常清晰!
既然我们能够如此轻松地实现一个 Web 服务器,那为何还需要 Tomcat 呢?它为我们提供了哪些组件和特性?这些组件又是如何组装起来的?后续章节将逐层解析这些问题。
让我们共同期待接下来的深入分析!