作为后端开发人员，在实际的工作中我们会非常高频地使用到web服务器。而tomcat作为web服务器领域中举足轻重的一个web框架，又是不能不学习和了解的。
tomcat其实是一个web框架，那么其内部是怎么实现的呢？如果不用tomcat我们能自己实现一个web服务器吗？
首先，tomcat内部的实现是非常复杂的，也有非常多的各类组件，我们在后续章节会深入地了解。
其次，本章我们将自己实现一个web服务器的。
下面我们就自己来实现一个看看。(【注】：参考了《How tomcat works》这本书)
http协议简介
http是一种协议（超文本传输协议），允许web服务器和浏览器通过Internet来发送和接受数据，是一种请求/响应协议。http底层使用TCP来进行通信。目前，http已经迭代到了2.x版本，从最初的0.9、1.0、1.1到现在的2.x，每个迭代都加了很多功能。
在http中，始终都是客户端发起一个请求，服务器接受到请求之后，然后处理逻辑，处理完成之后再发送响应数据，客户端收到响应数据，然后请求结束。在这个过程中，客户端和服务器都可以对建立的连接进行中断操作。比如可以通过浏览器的停止按钮。
http协议-请求
一个http协议的请求包含三部分：
- 方法 URI 协议/版本
- 请求的头部
- 主体内容
举个例子
POST /examples/default.jsp HTTP/1.1
Accept: text/plain; text/html
Accept-Language: en-gb
Connection: Keep-Alive
Host: localhost
User-Agent: Mozilla/4.0 (compatible; MSIE 4.01; Windows 98)
Content-Length: 33
Content-Type: application/x-www-form-urlencoded
Accept-Encoding: gzip, deflate
lastName=Franks&firstName=Michael
数据的第一行包括：方法、URI、协议和版本。在这个例子里，方法为POST，URI为/examples/default.jsp，协议为HTTP/1.1，协议版本号为1.1。他们之间通过空格来分离。
请求头部从第二行开始，使用英文冒号（:）来分离键和值。
请求头部和主体内容之间通过空行来分离，例子中的请求体为表单数据。
http协议-响应
类似于http协议的请求，响应也包含三个部分。
- 协议 状态 状态描述
- 响应的头部
- 主体内容
举个例子
HTTP/1.1 200 OK
Server: Microsoft-IIS/4.0
Date: Mon, 5 Jan 2004 13:13:33 GMT
Content-Type: text/html
Last-Modified: Mon, 5 Jan 2004 13:13:12 GMT
Content-Length: 112
<html>
<head>
<title>HTTP Response Example</title> </head>
<body>
Welcome to Brainy Software
</body>
</html>
第一行，HTTP/1.1 200 OK表示协议、状态和状态描述。
之后表示响应头部。
响应头部和主体内容之间使用空行来分离。
Socket
Socket，又叫套接字，是网络连接的一个端点（end point）。套接字允许应用程序从网络中读取和写入数据。两个不同计算机的不同进程之间可以通过连接来发送和接受数据。A应用要向B应用发送数据，A应用需要知道B应用所在的IP地址和B应用开放的套接字端口。java里面使用java.net.Socket来表示一个套接字。
java.net.Socket最常用的一个构造方法为：public Socket(String host, int port);，host表示主机名或ip地址，port表示套接字端口。我们来看一个例子：
Socket socket = new Socket("127.0.0.1", "8080");
OutputStream os = socket.getOutputStream();
boolean autoflush = true;
PrintWriter out = new PrintWriter( socket.getOutputStream(), autoflush);
BufferedReader in = new BufferedReader(new InputStreamReader(socket.getInputstream()));
// send an HTTP request to the web server
out.println("GET /index.jsp HTTP/1.1");
out.println("Host: localhost:8080");
out.println("Connection: Close");
out.println();
// read the response
boolean loop = true;
StringBuffer sb = new StringBuffer(8096);
while (loop) {
if (in.ready()) {
int i=0;
while (i != -1) {
i = in.read();
sb.append((char) i);
}
loop = false;
}
Thread.currentThread().sleep(50L);
}
这儿通过socket.getOutputStream()来发送数据，使用socket.getInputstream()来读取数据。
ServerSocket
Socket表示一个客户端套接字，任何时候如果你想发送或接受数据，都需要构造创建一个Socket。现在假如我们需要一个服务器端的应用程序，我们需要额外考虑更多的东西。因为服务器需要随时待命，它不清楚什么时候一个客户端会连接到它。在java里面，我们可以通过java.net.ServerSocket来表示一个服务器套接字。
ServerSocket和Socket不同，它需要等待来自客户端的连接。一旦有客户端和其建立了连接，ServerSocket需要创建一个Socket来和客户端进行通信。
ServerSocket有很多的构造方法，我们拿其中的一个来举例子。
public ServerSocket(int port, int backlog, InetAddress bindAddr) throws IOException;
new ServerSocket(8080, 1, InetAddress.getByName("127.0.0.1"));
- port表示端口
- backlog表示队列的长度
- bindAddr表示地址
HttpServer
我们这儿还是看一个例子。
HttpServer表示一个服务器端入口，提供了一个main方法，并一直在8080端口等待，直到客户端建立一个连接。这时，服务器通过生成一个Socket来对此连接进行处理。
public class HttpServer {
/** WEB_ROOT is the directory where our HTML and other files reside.
* For this package, WEB_ROOT is the "webroot" directory under the working
* directory.
* The working directory is the location in the file system
* from where the java command was invoked.
*/
public static final String WEB_ROOT =
System.getProperty("user.dir") + File.separator + "webroot";
// shutdown command
private static final String SHUTDOWN_COMMAND = "/SHUTDOWN";
// the shutdown command received
private boolean shutdown = false;
public static void main(String[] args) {
HttpServer server = new HttpServer();
server.await();
}
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);
}
// 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();
// Close the socket
socket.close();
//check if the previous URI is a shutdown command
shutdown = request.getUri().equals(SHUTDOWN_COMMAND);
}
catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
continue;
}
}
}
}
Request对象主要完成几件事情
- 解析请求数据
- 解析uri（请求数据第一行）
public class Request {
private InputStream input;
private String uri;
public Request(InputStream input) {
this.input = input;
}
public void parse() {
// Read a set of characters from the socket
StringBuffer request = new StringBuffer(2048);
int i;
byte[] buffer = new byte[2048];
try {
i = input.read(buffer);
}
catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
i = -1;
}
for (int j=0; j<i; j++) {
request.append((char) buffer[j]);
}
System.out.print(request.toString());
uri = parseUri(request.toString());
}
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;
}
}
Response主要是向客户端发送文件内容（如果请求的uri指向的文件存在）。
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 {
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" +
"<h1>File Not Found</h1>";
output.write(errorMessage.getBytes());
}
}
catch (Exception e) {
// thrown if cannot instantiate a File object
System.out.println(e.toString() );
}
finally {
if (fis!=null)
fis.close();
}
}
}
总结
在看了上面的例子之后，我们惊奇地发现，在Java里面实现一个web服务器真容易，代码也非常简单和清晰！
既然我们能很简单地实现web服务器，为啥我们还需要tomcat呢？它又给我们带来了哪些组件和特性呢，它又是怎么组装这些组件的呢，后续章节我们将逐层分析。
这是我们后面将要分析的内容，让我们拭目以待！
