【学习笔记】手写 Tomcat 六

LearnTech_1232024-09-30 17:36

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一、线程池

[1. 构建线程池的类](#1. 构建线程池的类)

[2. 创建任务](#2. 创建任务)

[3. 执行任务](#3. 执行任务)

测试

二、URL编码

解决方案

测试

三、如何接收客户端发送的全部信息

解决方案

测试

四、作业

[1. 了解工厂模式](#1. 了解工厂模式)

[2. 了解反射技术](#2. 了解反射技术)

一、线程池

昨天使用了数据库连接池，我们了解了连接池的优点，那么也可以使用线程池来管理线程，

java自带的线程池的参数有 核心线程数，最大线程数，线程活跃时间，时间单位，任务队列，线程工厂，拒绝策略

为了学习了解线程池，我们先手写一个简单的线程池，只需要做到核心线程可重复利用就行

1. 构建线程池的类

属性：核心线程数，任务队列

方法：获取线程（静态代码块），执行任务（需要的参数：线程任务 Runnable）

为了避免创建多个对象，还需要设置单例模式

java 复制代码 
package com.shao.net;

import java.util.concurrent.LinkedBlockingQueue;

public class ThreadPool {
    // 定义一个成员静态变量，存储单例对象
    private static ThreadPool instance;

    // 线程池核心线程数
    private final static int MAX_THREAD_NUM = 10;
    // 存放任务的队列
    private static final LinkedBlockingQueue<Runnable> taskQueue = new LinkedBlockingQueue<>();

    static {
        for (int i = 0; i < MAX_THREAD_NUM; i++) {
            final int finalI = i;
            new Thread(new Runnable() {
                @Override
                public void run() {
                    /**
                     *  线程池的线程，从队列中取出任务，这时线程不在临界区了，自动释放锁，然后执行任务，当执行完任务后，
                     *  因为是while循环，所以会在 synchronized (taskQueue) 等待，
                     *  当锁释放后，并且当前线程被唤醒时，会尝试获取锁，
                     *  如果获取到锁，会进入临界区，如果队列中有任务，则取出，然后执行任务，如果没有，则等待
                     *  等待下次获取到锁，会继续从上次进入等待态的位置继续往下执行，也就是 taskQueue.wait() 开始往下执行
                     * */
                    while (true) {
                        Runnable task = null;
                        synchronized (taskQueue) {
                            System.out.println("线程" + finalI + "准备完成");
                            // 队列为空，等待
                            while (taskQueue.isEmpty()) {
                                try {
                                    taskQueue.wait();   // 使当前线程等待，释放锁
                                } catch (InterruptedException e) {
                                    e.printStackTrace();
                                }
                            }
                            System.out.println("线程" + finalI + "开始执行");
                            // 从队列中取出任务
                            task = taskQueue.poll();
                        }
                        if (task != null) {
                            // 执行任务
                            task.run();
                        }
                    }
                }

            }).start();
        }
    }

    // 私有化构造函数
    private ThreadPool() {
    }

    // 获取对象
    public static ThreadPool getInstance() {
        synchronized (ThreadPool.class) {
            if (instance == null) {
                instance = new ThreadPool();
            }
            return instance;
        }
    }

    public void execute(Runnable task) {
        // 当方法被调用时，会尝试获取锁，如果获取到锁，则将任务加入队列，并唤醒等待的线程
        synchronized (taskQueue) {
            taskQueue.add(task);
            taskQueue.notify();
        }
    }
}

2. 创建任务

这里的任务是之前线程执行的代码，我们把需要线程执行的任务放到一个类里，然后实现Runnable

java 复制代码 
package com.shao.net;

import java.io.IOException;
import java.io.InputStream;
import java.io.OutputStream;

public class MyTask implements Runnable {
    private InputStream is;
    private OutputStream os;

    public MyTask(InputStream is, OutputStream os) {
        this.is = is;
        this.os = os;
    }

    @Override
    public void run() {
        // 定义一个字节数组，存放客户端发送的请求信息
        byte[] bytes = new byte[1024];

        // 读取客户端发送的数据，返回读取的字节数
        int len = 0;
        try {
            len = is.read(bytes);

            if (len == -1) {
                return;
            }
            // 将读取的字节数组转换为字符串
            String msg = new String(bytes, 0, len);

            // 调用HttpRequest类解析请求信息
            HttpRequest httpRequest = new HttpRequest(msg);

            // 拼接请求的静态资源的路径
            // 路径是相对路径，从模块的根路径开始
            String filePath = "webs/" + httpRequest.getRequestModule();
            HttpResponse httpResponse = new HttpResponse(os, httpRequest);
            // 响应数据
            httpResponse.response(filePath);

        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

3. 执行任务

初始化线程池，来一个用户连接时，就创建一个任务，然后交给线程池，线程池取出一条线程执行任务的 run 方法

java 复制代码 
package com.shao.net;

import java.io.*;
import java.net.ServerSocket;
import java.net.Socket;

public class Tomcat {

    // 初始化线程池
    ThreadPool threadPool = ThreadPool.getInstance();

    public Tomcat() {
        ServerSocket ss = null;
        try {
            ss = new ServerSocket(8080);
            while (true) {

                // 调用accept()方法阻塞等待，直到有客户端连接到服务器，返回一个Socket对象用于与该客户端通信
                Socket socket = ss.accept();

                System.out.println("客户端连接成功");

                // 获取Socket对象的输入流，用于读取客户端发送的数据
                InputStream is = socket.getInputStream();

                // 获取Socket对象的输出流，用于向客户端发送数据
                OutputStream os = socket.getOutputStream();

                // 创建一个任务对象，将输入输出流作为参数传过去
                MyTask myTask = new MyTask(is, os);

                // 把任务作为参数传递给ThreadPool的execute()方法，启动一个线程执行MyTask对象中的run()方法
                threadPool.execute(myTask);

            }
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        } finally {
            //关闭连接通道
            try {
                ss.close();
            } catch (IOException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
    }
}

测试

二、URL编码

在HTTP请求中，如果参数包含中文字符，会进行URL编码，以避免乱码或传输错误。URL编码是一种将URL中的非ASCII字符（如中文字符）转换为可以在Web浏览器和服务器之间传输的格式的过程。

URL编码会将非ASCII字符转换为十六进制编码，以便于在HTTP请求中安全传输。

‌URL编码的基本原理‌： URL编码将非ASCII字符（如中文字符）转换为"%"后跟两位十六进制数字的形式。例如，空格在URL编码中通常被转换为"%20"。对于中文字符，它们会被转码为以"%E"开头，后面跟着若干位十六进制数字的字符串。

解决方案

在接收到请求信息后，先进行解码，然后再解析信息

java 复制代码 
URLDecoder.decode(需要解码的字符串, 字符集或编码方式)

在 MyTask 类中添加

测试

三、如何接收客户端发送的全部信息

目前，我们的 Tomcat 最多只能一次接收 1KB，因为定义的字节数组只有1024个字节

但是，如果客户端发送的请求参数非常非常多呢？超过了 1024 个字节了怎么办？

把字节数组定义的大一点？不行的，因为网络传输一次最多传输 8KB，超过 8KB 就会分批传输，接收参数时也需要分批接收

那怎么判断参数已经接收完？

参数有很多一般是使用POST方法，而POST方法的请求头有 Content-Length 的字段，表示请求体的总长度

我们来试一下，打印一下请求的参数信息

这里可以看到 Content-Length 的值是 26，表示请求体的参数长度为26字节，图中显示参数的长度为 25，因为解析后没有显示参数连接符 &

我们来使用 Apipost 来压力测试一下，参数很多是什么样子

可以看到，只读取到了一部分 出师表 的内容，而且还有乱码，这是因为没有完整读取一个 汉字的字节，UTF-8 编码中一个汉字需要 3 个字节

解决方案

java 复制代码 
package com.shao.net;

import java.io.IOException;
import java.io.InputStream;
import java.io.OutputStream;
import java.net.URLDecoder;
import java.util.HashMap;
import java.util.Map;
import java.util.Set;

public class MyTask implements Runnable {
    private InputStream is;
    private OutputStream os;
    private int totalLength;
    private StringBuilder sb;

    public MyTask(InputStream is, OutputStream os) {
        this.is = is;
        this.os = os;
    }

    @Override
    public void run() {
        // 定义一个字节数组，存放客户端发送的请求信息
        byte[] bytes = new byte[1024];

        // 读取客户端发送的数据，返回读取的字节数
        int len = 0;
        try {

            // 第一次读取请求信息
            len = is.read(bytes);

            if (len == -1) {
                return;
            }
            // 将读取的字节数组转换为字符串
            String msg = new String(bytes, 0, len);

            // 调用HttpRequest类解析请求信息
            HttpRequest httpRequest = new HttpRequest(msg);

            /*
             *  如果已读取的数据长度等于请求体的总长度，并且请求方法是 POST，说明请求体可能还没有读取完，需要读取剩余的数据
             * */
            if (bytes.length == len && "POST".equals(httpRequest.getRequestMethod())) {
                // 创建一个StringBuilder对象，用于拼接请求信息
                sb = new StringBuilder();
                sb.append(msg);

                // 获取 POST 请求方法中的请求体的总长度
                String length = httpRequest.getRequestHeaderParams().get("Content-Length");
                if (length != null) {
                    totalLength = Integer.parseInt(length);
                }
                // 调用方法，读取剩余的请求体数据
                msg = getNotReadMsg(httpRequest, bytes, msg);
            }


            // 把请求信息进行URL解码，然后根据 UTF-8 进行编码
            String decodedMsg = URLDecoder.decode(msg, "utf-8");

            // 调用HttpRequest类解析请求信息
            httpRequest = new HttpRequest(decodedMsg);

            // 拼接请求的静态资源的路径
            // 路径是相对路径，从模块的根路径开始
            String filePath = "webs/" + httpRequest.getRequestModule();
            HttpResponse httpResponse = new HttpResponse(os, httpRequest);
            // 响应数据
            httpResponse.response(filePath);

        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }

    /**
     * 读取剩余的请求体数据
     */
    private String getNotReadMsg(HttpRequest httpRequest, byte[] bytes, String msg) throws IOException {
        int len;
        // 获取请求的参数
        HashMap<String, String> requestBodyParams = httpRequest.getRequestBodyParams();

        // 请求参数的数量
        int size = requestBodyParams.size();

        // 计算第一次读取到的请求体中参数的长度
        Set<Map.Entry<String, String>> entries = requestBodyParams.entrySet();
        int partLength = 0;
        for (Map.Entry<String, String> entry : entries) {
            partLength += (entry.getKey() + "=" + entry.getValue()).length();
        }

        // 减去第一次读取到的请求体中参数的长度，如果存在多个参数，需要考虑到 '&' 的个数
        if (size > 1) {
            totalLength -= (partLength + (size - 1));
        } else {
            totalLength -= partLength;
        }

        // 判断是否还有数据没有读完
        while (totalLength > 0) {
            // 第二次读取请求信息
            len = is.read(bytes);
            // 如果读取的字节数大于0，表示读取到数据了
            if (len > 0) {
                // 将读取的字节数组转换为字符串
                msg = new String(bytes, 0, len);
                // 拼接字符串
                sb.append(msg);
                // 减去读取的字节数
                totalLength -= len;
            } else {
                break;
            }
        }
        // 转成字符串格式返回
        return sb.toString();
    }
}

测试

可以看出已经全部读取到了，第二个参数也读取到了

四、作业

1. 了解工厂模式

优化 Dao，现在在 Service 层，调用Dao层都要 new 一下，这样就比较占内存，比如调用的都是 UserDao，那么只需要创建一次 UserDao 的对象就行了

2. 了解反射技术

优化 Servlet ，通过配置文件可以动态的创建 Servlet 对象

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