《How Tomcat Works》读书笔记（一）

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tomcat源码学习

看了这本书的头三章，写得非常好，可谓深入浅出将tomcat分析的很透彻。虽然书中所讲述的tomcat是“简化版”，但内容也不算少，越到后面代码越多，也越复杂。为了加深印象，遂决定写读书笔记，“好记性不如烂笔头”，说不定还能方便他人。

闲话少说，直入主题：

Chapter One：A Simple Web Server

第一章是一个非常简单的web server，主要目的在于让读者了解Java的web server 编程模式。此外还讲了一下Http协议的一些基础知识，譬如http请求和响应的格式。

基本的web server，就是用java.net.ServerSocket类持续的监听特定的端口，有连接过来时，则返回一个Socket对象，再对Socket对象的输入输出流进行操作。其实这也是大部分服务器的基本思路。

简单贴一些代码

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);
     response.sendStaticResource();

其中，Request对象的parse方法，是对输入流的字节进行解析，当然这里只做了最基本的工作，将输入流的内容一字不漏的打印出来。

的确很简单~这里的Request对象实现了Servlet规范中的Request接口，后面我们会看到，如何运用设计模式令Request更加“优雅”。

Chapter Two——A Simple Servlet Container

J2EE流行“容器Container”这一说法，所以这一章开始针对Servlet做一些工作。先说说这个“容器”的架构：

像第一章那样，我们使用一个HttpServer类监听端口，然后将得到的inputStream交给一个Request对象进行解析。然后，根据HTTP请求行（Request Line）的内容，判断是静态页面还是Servlet页面，再分别交给StaticResoureProcessor类或者ServletProcessor类进行处理：

// 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 {
           StaticResoureProcessor processor =
             new StaticResourceProcessor();
           processor.process(request, response);
         }

StaticResoureProcessor类没什么“技术含量”，只是利用Response类，单纯地将静态页面的内容从html文件中读出来原样返回给客户端（说白了是写到Socket的输出流OutputStream中）。

而Request类在这一章实现了javax.servlet.ServletRequest接口，因此不得不实现接口中的一大堆方法。出于简化考虑，现在大部分方法还是空的，返回一个null而已。

ServletProcessor类

比较出彩的是ServletProcessor类，出彩之处在于通过类加载器从class文件中动态载入Servlet（这里的Servlet的功能只是简单打印字符串），其源代码据说是从tomcat中copy过来的

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. 
    urls[0] = new URL(null, repository, streamHandler); 
    loader = new URLClassLoader(urls); 
}

需要解释一下的是，这里的repository 指的是编译好的类文件的存放路径，也算是tomcat里的一个专门术语了

最后，简单的load进来，调用Servlet的经典方法“service”，把Request和Response传进去，就算大功告成了。

myClass = loader.loadClass(servletName);

servlet = (Servlet) myClass.newInstance();
servlet.service((ServletRequest) request, (ServletResponse) response);

Facade模式

仔细观察上面那行代码，我们将request对象向上转型为ServletRequest，交给service方法。但如果哪个Servlet的开发者清楚tomcat的内部设计，那么他就可以在service方法中将request向下“还原为”Request对象。Request类提供了许多tomcat内部使用的功能，譬如解析http流。如果让外人乱用一气，后果很严重。为了避免这个问题，tomcat采用了Facade设计模式，即通过一个RequestFacade类（实现了ServletRequest接口），替换Request类传递给service方法。而在RequestFacade内部，保存我们的request对象，外人只能通过调用RequestFacade实现了的ServletRequest接口的方法，间接的使用Request的“部分功能”，不能调用Request的一些内部方法，从而优雅的解决了上述问题。

public class RequestFacade implements ServletRequest {
   private ServleLRequest request = null;
   public RequestFacade(Request request) {
     this.request = request;
   }
   /* implementation of the ServletRequest*/
   public Object getAttribute(String attribute) {
     return request.getAttribute(attribute);
   }
   public Enumeration getAttributeNames() {
     return request.getAttributeNames();
   }

至此，一个简单的Servlet容器就造出来了。

============================================================================

StaticResourceProcessor

ServletRrocessor:

URI -》 servletName -》 URLClassLoader.loadClass(servletName)获取Servlet类myClass

-》 myClass.newInstance()获取Servlet对象myServlet

-》 myServlet.service((ServletRequest)request, (ServletResponse)response);

JAVA类加载机制

URLClassLoader使用方法和解析

ClassLoader 与 URLClassLoader 的用法

Tomcat加载servlet类文件原理分析

Tomcat工作原理分析

============================================================================

Servlet容器处理Servlet请求的简单流程图如下图所示：

package com.flyer.tomcat.first;

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

import org.slf4j.Logger;
import org.slf4j.LoggerFactory;

/**
 * 一个简单的http服务器
 * <p />
 * 
 * @author Administrator
 */
public class HttpServer {
    
    private static Logger logger = LoggerFactory.getLogger(HttpServer.class);

    private final static String SHUTDOWN_COMMAND = "/shutdown";
    
    public final static String WEB_ROOT = System.getProperty("user.dir") + File.separator + "webroot";

    private boolean shutdown = false;

    public static void main(String[] args) {
        logger.info("server start");
        HttpServer server = new HttpServer();
        try {
            server.await();
        } catch (IOException e) {
            logger.error("io exception",e);
        }
    }

    private void await() throws IOException {

        ServerSocket serverSocket = new ServerSocket(9090,1,InetAddress.getByName("127.0.0.1"));
        InputStream input = null;
        OutputStream output = null;
        while (!shutdown) {
            Socket socket = null;
            try {
                socket = serverSocket.accept();
                input = socket.getInputStream();
                output = socket.getOutputStream();
                Request request = new Request(input);
                request.parse();
                Response response = new Response(output);
                response.setRequest(request);
                
                if(request.getUri().startsWith("/servlet")){
                    ServletProcessor servletProcessor = new ServletProcessor();
                    servletProcessor.process(request, response);
                }else{
                    StaticResourceProcessor processor = new StaticResourceProcessor();
                    processor.process(request, response);
                }
                
                
                socket.close();

                shutdown = request.getUri().equals(SHUTDOWN_COMMAND);
            } catch (Exception e) {
                e.printStackTrace();
            } finally {
                
                input.close();
                output.close();
            }
        }

    }

}

package com.flyer.tomcat.first;

import java.io.File;
import java.io.IOException;
import java.net.MalformedURLException;
import java.net.URL;
import java.net.URLClassLoader;

import javax.servlet.Servlet;
import javax.servlet.ServletException;
import javax.servlet.http.HttpServletRequest;
import javax.servlet.http.HttpServletResponse;

import org.slf4j.Logger;
import org.slf4j.LoggerFactory;

/**
 * Servlet请求处理器
 * <p />
 * 
 * @author Administrator
 */
public class ServletProcessor implements Processor {

    private static Logger logger = LoggerFactory.getLogger(ServletProcessor.class);

    // private final static String FILE_PATH = Constants.getClassPath() + File.separator + "com" +
    // File.separator
    // + "flyer" + File.separator + "tomcat" + File.separator + "first" + "" + File.separator;

    @Override
    public void process(HttpServletRequest request, HttpServletResponse response) {
        Request internalRequest = (Request) request;
        String uri = internalRequest.getUri();
        String servletClassName = uri.substring(uri.lastIndexOf("/") + 1);
        URLClassLoader classLoader = null;
        File file = new File(Constants.getClassPath());
        URL url = null;
        try {
            url = file.toURI().toURL();
        } catch (MalformedURLException e) {
            logger.error("convert to url error", e);
        }
        logger.info("url:" + url);
        URL[] urls = new URL[1];
        urls[0] = url;
        classLoader = new URLClassLoader(urls);
        Class<?> myClass = null;
        try {
            myClass = classLoader.loadClass(servletClassName);
        } catch (ClassNotFoundException e) {
            logger.error("class not found", e);
        }
        Servlet servlet = null;
        if (myClass != null) {
            try {
                servlet = (Servlet) myClass.newInstance();
            } catch (InstantiationException e) {
                // TODO Auto-generated catch block
                e.printStackTrace();
            } catch (IllegalAccessException e) {
                // TODO Auto-generated catch block
                e.printStackTrace();
            }
            try {
                servlet.service(request, response);
            } catch (ServletException e) {
                // TODO Auto-generated catch block
                e.printStackTrace();
            } catch (IOException e) {
                // TODO Auto-generated catch block
                e.printStackTrace();
            }
        }

    }

}

添加facade类，为的是Request类中的parse方法 (解析inputstream请求为字符串，并从中获取URI) 和getUri方法不被Servlet类访问。