tomcat原理模拟和tomcat优化

1、tomcat实现原理

servlet 没有主方法main，依赖tomcat才能运行，因为tomcat 有主方法main，由java编写

servlet中doGet和doPost方法属于非静态方法，只能依托new对象存在，tomcat无法new出来对象，因此tomcat无法事先知道他们的存在。而任何语言都可以通过类的所在的路径或目录获取类信息，去某个目录下遍历所有子文件，能够获取所有文件的路径信息。tomcat可以通过servlet注解，找到对应的类，servlet注解相当于给类加了标记。

Tomcat和Servlet的关系是，Tomcat是Servlet容器，负责处理客户端的请求并将请求传递给Servlet，然后将Servlet的响应返回给客户。Servlet是一种运行在支持Java语言的服务器上的组件。

静态页面请求资源时，tomcat拷贝Html页面发送给浏览器，浏览器对html进行解析，浏览器看到src/href自动发请求。Tomcat将Http请求文本接收并解析，然后封装成HttpServletRequest类型的request对象，所有的Http头数据可以通过request对象调用对应的方法查询到。Servlet要响应的信息封装为HttpServletResponse类型的response对象，通过设置response属性就可以控制要输出到浏览器的内容，然后将response交给Tomcat，Tomcat就会将其变成响应文本的格式发送给浏览器。

浏览器对请求的资源会在content-type中标记类型，然后以相同类型返回，如请求的是html页面，返回的就是html页面；请求的是css，返回的就是css。

Tomcat的工作方式是，当它启动时，会把所有的Servlet都加载到内存中。具体而言，就是前端页面需要写请求路径和请求方法，一般是通过js的ajax给前端传输请求,这些请求借助socket接收,然后socket将这些信息根据http协议对这些字符串进行解析，识别出请求路径和请求参数，根据每个servlet中的注解找出请求路径，再根据请求路径判断调用哪个servlet。找到对应的Servlet后，Tomcat会调用该Servlet的相应方法（doGet或doPost）来处理这个请求。Servlet会解析请求参数，可能会做一些处理，然后返回一个响应。Servlet返回的响应会通过Tomcat传回给前端。这可能是一个HTML页面，也可能是一些JSON数据，取决于你的Servlet是如何处理的。前端接收到响应后，浏览器会根据响应的内容进行渲染。如果响应是一个HTML页面，浏览器就会展示这个页面。如果响应是一些JSON数据，那么前端可能会根据这些数据进行一些更新或者其他的操作。

具体流程如下图所示：

2、tomcat优化

2.1 tomcat存在的问题

①挑选servlet很慢，因为跟硬盘交互；

②反射也很慢，就是遍历内存，CPU运算一次是纳秒级，这些都是毫秒级

2.2 tomcat优化一

挑选servlet后反射获取注解信息这一步可以进行优化，将servlet及对应的注解类信息放入一个map中，之后每次请求就直接通过map中的信息对servlet及注解信息进行筛选，只需要O(1)的时间复杂度，时间缩短为微秒级，tomcat启动时就会进行这一步操作。map中的value值是一个集合体，包含servlet对象，doget方法对象，dopost方法对象。

2.3 tomcat优化二

方法的调用是拷贝这一份方法压入栈中去执行，没有必要每次都创建对象执行方法，很占用内存，因为在操作系统中最小的内存分配单位是4KB，不管对象实际大小多大，每次最小分配4KB，大于4KB则是分配4KB的倍数，内存占的多影响运行速度，因此可以在tomcat启动阶段只创建一个对象，没有必要每次发送请求都创建一个对象获取方法执行，然后tomcat每次请求通过这一个对象进行方法的调用。因此，也可以只保留一个doGet和doPost方法，一个对象被多线程共用，类的对象保留一个，方法的对象保留一个，静态方法的调用不需要依托对象，非静态方法的调用需要依托对象

3、tomcat实现代码

①Client

java 复制代码

import java.io.IOException;
import java.io.InputStream;
import java.io.OutputStream;
import java.net.Socket;
import java.net.UnknownHostException;
import java.text.SimpleDateFormat;
import java.util.Date;
import java.util.Scanner;

public class Client extends Thread {

    //定义一个Socket对象
    Socket socket = null;

    public Client(String host, int port) {
        try {
            //需要服务器的IP地址和端口号，才能获得正确的Socket对象
            socket = new Socket(host, port);
        } catch (UnknownHostException e) {
            e.printStackTrace();
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }

    }
    @Override
    public void run() {
        //客户端一连接就可以写数据给服务器了
        new sendMessThread().start();
        super.run();
        try {
            // 读Sock里面的数据
            InputStream s = socket.getInputStream();
            byte[] buf = new byte[4096];
            int len = 0;
            while ((len = s.read(buf)) != -1) {
                System.out.println(getdate() + "  服务器说：  "+new String(buf, 0, len,"UTF-8"));
            }
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }

    //往Socket里面写数据，需要新开一个线程
    class sendMessThread extends Thread{
        @Override
        public void run() {
            super.run();
            //写操作
            Scanner scanner=null;
            OutputStream os= null;
            try {
                scanner=new Scanner(System.in);
                os= socket.getOutputStream();
                String in="";
                do {
                    in=scanner.next();
                    os.write((""+in).getBytes("UTF-8"));
                    os.write(("哈哈哈哈").getBytes("UTF-8"));
                    os.flush();
                } while (!in.equals("bye"));
            } catch (IOException e) {
                e.printStackTrace();
            }
            scanner.close();
            try {
                os.close();
            } catch (IOException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
    }
    
    public static String getdate() {
        Date date = new Date();
        SimpleDateFormat format = new SimpleDateFormat("yyyy-MM-dd hh:mm:ss");
        String result = format.format(date);
        return result;
    }
    
    //函数入口
    public static void main(String[] args) {
        //需要服务器的正确的IP地址和端口号
        Client clientTest=new Client("62.234.175.16", 80);
        clientTest.start();
    }
}

②Server

java 复制代码

import java.io.BufferedReader;
import java.io.IOException;
import java.io.InputStreamReader;
import java.io.PrintWriter;
import java.net.ServerSocket;
import java.net.Socket;


public class AppServer {
	public static void main(String[] args) throws Exception {
		FindFile.init();
		System.out.println("服务启动");
		
		try (ServerSocket serverSocket = new ServerSocket(80);// 监听自己的服务器的80端口

				Socket clientSocket = serverSocket.accept();//ֻ只要发来的数据就接收到这里，网络流--->基本类型数组
				PrintWriter out = new PrintWriter(clientSocket.getOutputStream(), true);
				BufferedReader in = new BufferedReader(new InputStreamReader(clientSocket.getInputStream()));) {

			System.out.println("客户端连接");
			
			String inputLine;
            String httpstr = "";
			while ((inputLine = in.readLine()) != null) {
				
                                httpstr += inputLine;
                                if(inputLine.equals("") ){ 
                                     break;
                                }
			}
			System.out.println("HTTP协议开始:" + httpstr + "###HTTP协议结束");
			            String[] arr = httpstr.split("\\?");
                        String str = arr[0];
                        String[] strarr = str.split("/");
                        String  url = strarr[strarr.length-1]; 
			System.out.println("提取到的url:" + url );
			            String params = arr[1].split(" HTTP")[0];
			            //key1=22&key2=value2&key3=value3&key4=value4&key5=88
			            String[] pramarr = params.split("&");
                        Learn1.chose2(url,pramarr);
			
		} catch (IOException e) {
			System.out.println(
					"Exception caught when trying to listen on port " + 80 + " or listening for a connection");
			System.out.println(e.getMessage());
		}
		System.out.println("服务退出");

	}
}

③FindFile

java 复制代码

import java.io.File;
import java.util.HashMap;

public class FindFile {
	public static HashMap<String,Object[]> map = new HashMap<>();
	public static void main(String[] args) throws Exception {
       
    }
	
	public static void init()  {
		 File folder = new File("D:\\eclipse project\\testDemo\\src");
	     try {
			traverseFolder2(folder);
		} catch (Exception e) {
			// TODO Auto-generated catch block
			e.printStackTrace();
		}
	}
 
    public static void traverseFolder(File folder) {
        File[] files = folder.listFiles();
        if (files != null) {
            for (File file : files) {
                if (file.isDirectory()) {
                    traverseFolder(file); // 递归遍历子文件夹
                } else {
                    System.out.println(file.getAbsolutePath().split("src")[1]); 
                }
            }
        }
    }
    public static void traverseFolder2(File folder) throws Exception{
        File[] files = folder.listFiles();
        if (files != null) {
            for (File file : files) {
                if (file.isDirectory()) {
                    traverseFolder2(file); 
                } else {
                	String filepath = file.getAbsolutePath().split("src")[1];
                	filepath = filepath.substring(1,filepath.length());
                	filepath = filepath.replace("\\", ".");
                	
                	if(filepath.endsWith("java")) {
                		filepath = filepath.replace(".java", "");
       
                		Class<?> cl = Class.forName(filepath);
                		WebServlet2 annotation =  cl.getAnnotation(WebServlet2.class);
                		if(annotation!=null) {
                			
                			String urlname = annotation.url();
                			//System.out.println(filepath); 
                			//System.out.println("提取到的路径：" + urlname); 
                			map.put(urlname, new Object[] {cl.newInstance(), cl.getMethod("doGet", new Class[] {HSRequest.class}), cl.getMethod("doPost", new Class[] {HSRequest.class})});
                		}
                	}
                    
                }
            }
        }
    }
}

④learn

java 复制代码

package tomcat_you;
import java.lang.reflect.Method;
import java.util.Arrays;

public class Learn1 {

	
   public static void chose(String url,String[] pramarr)throws Exception {
	   String[] arr = {"tomcat_you.TestDemo2", "tomcat_you.TestDemo3",  "tomcat_you.TestDemo4"};
		
		Class<?>[] cls = new Class[arr.length];
		for(int i =0;i < cls.length; i++) {
			cls[i] = Class.forName(arr[i]);
			
			WebServlet2 annotation =  cls[i].getAnnotation(WebServlet2.class);
			if(annotation!=null) {
				//模拟挑选出了servlet（带有注解的类）ࣩ
				   String urlname = annotation.url();
				   if(url.equals(urlname)) {
					   Object x = cls[i].newInstance();
					//   HttpServletDemo w = (HttpServletDemo)x;
					  // w.doGet(22, "www");
					   Method method = cls[i].getDeclaredMethod("doGet", new Class[] {HSRequest.class});
					   HSRequest request = new HSRequest();
					   for(String param : pramarr) {
						   String[] arrw = param.split("=");
						   request.put(arrw[0], arrw[1]);
					   }
					   method.invoke(x, request);
				   }
				   
			   }else {
				   continue;
			   }
		}
   }
   
   //tomcat优化
   public static void chose2(String url,String[] pramarr)throws Exception {

			HSRequest request = new HSRequest();
			for(String param : pramarr) {
				String[] arrw = param.split("=");
				request.put(arrw[0], arrw[1]);
		    }
			Object[] arr = FindFile.map.get(url);
			Method m = (Method) arr[1];
			m.invoke(arr[0], request);
   }
}

⑤HSRequest

java 复制代码

package tomcat_you;

import java.util.HashMap;

public class HSRequest {
    private HashMap<String,String> map = new HashMap<>();
    public String getParameter(String key) {
    	return map.get(key);
    }
    public void put(String key, String value) {
    	map.put(key, value);
    }
}

⑥HttpServletDemo

java 复制代码

package tomcat_you;

public class HttpServletDemo {
	public void doGet(HSRequest request) {
		
	}
	
	public void doPost(HSRequest request){
		
    }
}

⑦WebServlet

java 复制代码

package tomcat_you;
import java.lang.annotation.ElementType;
import java.lang.annotation.Retention;
import java.lang.annotation.RetentionPolicy;
import java.lang.annotation.Target;

@Retention(value = RetentionPolicy.RUNTIME)
@Target(value = {ElementType.METHOD, ElementType.PARAMETER, ElementType.FIELD,ElementType.TYPE})
public @interface WebServlet2 {
	public int age();

    // 为name指定初始值ֵ
    public String url() default "小花";
}

⑧TestDemo

java 复制代码

package tomcat_you;
@WebServlet2(url = "servlet1",age=12)
public class TestDemo2 extends HttpServletDemo{
	public void doGet(HSRequest request){
		String name = request.getParameter("name");
		String age = request.getParameter("age");
		System.out.println("姓名" + name + ",年龄:" + age);
    }
	public void doPost(HSRequest request){
		
    }
}