从零搭建Tomcat：深入理解Java Web服务器的工作原理

Tomcat是Java生态中最常用的Web服务器之一，广泛应用于Java Web应用的部署和运行。本文将带你从零开始搭建一个简易的Tomcat服务器，深入理解其工作原理，并通过代码实现一个基本的Servlet容器。

1. Tomcat的基本概念

Tomcat是一个开源的Servlet容器，实现了Java Servlet和JavaServer Pages (JSP) 规范。它的核心功能是处理HTTP请求，并将请求分发给相应的Servlet进行处理。Tomcat的主要组件包括：

• ServerSocket：用于监听客户端的HTTP请求。

• Servlet容器：用于管理Servlet的生命周期，并将请求分发给相应的Servlet。

• Servlet：处理具体的业务逻辑，生成动态内容。

2. 从零搭建Tomcat

2.1 创建ServerSocket监听HTTP请求

首先，我们需要创建一个ServerSocket对象来监听客户端的HTTP请求。以下是一个简单的实现：

package com.qcby;

import com.qcby.webapps.req.HttpServletRequest;

import java.io.IOException;
import java.io.InputStream;
import java.net.ServerSocket;
import java.net.Socket;

public class MyTomcat {

    static HttpServletRequest request = new HttpServletRequest();

    public static void main(String[] args) throws IOException {
        // 1. 创建ServerSocket对象，持续监听8585端口
        ServerSocket serverSocket = new ServerSocket(8585);
        while (true) {
            // accept(): 阻塞监听，当代码执行到这一行，如果没有数据到来，循环会阻塞在这里
            Socket socket = serverSocket.accept();
            InputStream inputStream = socket.getInputStream();

            int count = 0;
            while (count == 0) {
                count = inputStream.available();
            }

            byte[] bytes = new byte[count];
            inputStream.read(bytes);
            String context = new String(bytes);
            System.out.println(context);

            // 解析数据
            if (context.equals("")) {
                System.out.println("你输入了一个空请求");
            } else {
                String firstLine = context.split("\\n")[0]; // 根据换行来获取第一行数据
                request.setPath(firstLine.split("\\s")[1]);
                request.setMethod(firstLine.split("\\s")[0]);
            }
        }
    }
}

在这个代码中，我们创建了一个ServerSocket对象，监听8585端口。当有客户端连接时，ServerSocket会返回一个Socket对象，我们可以通过这个Socket对象获取客户端的输入流，并解析HTTP请求。

2.2 解析HTTP请求

HTTP请求的第一行包含了请求方法和请求路径。我们可以通过解析第一行来获取这些信息：

String firstLine = context.split("\\n")[0]; // 根据换行来获取第一行数据
request.setPath(firstLine.split("\\s")[1]);
request.setMethod(firstLine.split("\\s")[0]);

2.3 实现Servlet容器

接下来，我们需要实现一个简单的Servlet容器来管理Servlet的生命周期，并将请求分发给相应的Servlet。首先，我们定义一个Servlet接口：

package com.qcby.webapps.servlet;

import com.qcby.webapps.req.HttpServletRequest;
import com.qcby.webapps.req.HttpServletResponse;

public interface Servlet {
    void init();
    void destroy();
    void service(HttpServletRequest request, HttpServletResponse response);
}

然后，我们实现一个GenericServlet类，它提供了init和destroy方法的默认实现：

package com.qcby.webapps.servlet;

public abstract class GenericServlet implements Servlet {
    public void init() {
        System.out.println("初始化servlet。。。。");
    }

    public void destroy() {
        System.out.println("实现servlet对象的销毁。。。。。");
    }
}

最后，我们实现一个HttpServlet类，它将service方法拆分为doGet和doPost方法，以便更好地处理HTTP请求：

package com.qcby.webapps.servlet;

import com.qcby.webapps.req.HttpServletRequest;
import com.qcby.webapps.req.HttpServletResponse;

public abstract class HttpServlet extends GenericServlet {
    public void service(HttpServletRequest request, HttpServletResponse response) {
        if (request.getMethod().equals("GET")) {
            doGet(request, response);
        } else if (request.getMethod().equals("POST")) {
            doPost(request, response);
        }
    }

    protected abstract void doGet(HttpServletRequest request, HttpServletResponse response);

    protected abstract void doPost(HttpServletRequest request, HttpServletResponse response);
}

2.4 实现具体的Servlet

我们可以通过继承HttpServlet类来实现具体的Servlet。例如，以下是一个简单的LoginServlet：

package com.qcby.webapps.myweb;

import com.qcby.webapps.req.HttpServletRequest;
import com.qcby.webapps.req.HttpServletResponse;
import com.qcby.webapps.servlet.HttpServlet;

public class LoginServlet extends HttpServlet {
    @Override
    protected void doGet(HttpServletRequest request, HttpServletResponse response) {
        System.out.println("处理登录的GET请求");
    }

    @Override
    protected void doPost(HttpServletRequest request, HttpServletResponse response) {
        System.out.println("处理登录的POST请求");
    }
}

2.5 管理Servlet容器

在Tomcat启动时，我们需要将所有的Servlet加载到Servlet容器中，并根据请求路径将请求分发给相应的Servlet。以下是一个简单的Servlet容器实现：

Map<String, Servlet> servletContainer = new HashMap<>();

// 在Tomcat启动时加载Servlet
servletContainer.put("/login", new LoginServlet());
servletContainer.put("/show", new ShowServlet());

// 根据请求路径获取相应的Servlet
Servlet servlet = servletContainer.get(request.getPath());
if (servlet != null) {
    servlet.service(request, response);
}

3. 总结

通过本文，我们从0开始搭建了一个简易的Tomcat服务器，并实现了一个基本的Servlet容器。我们深入理解了Tomcat的核心组件，包括ServerSocket、Servlet容器和Servlet的生命周期管理。虽然这个实现非常简单，但它为我们理解Tomcat的工作原理提供了一个很好的起点。

在实际的Tomcat中，还有很多复杂的机制，如线程池、连接器、Session管理等。如果你对Tomcat的更多细节感兴趣，可以继续深入研究其源码和文档。

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参考文献：

• Apache Tomcat Documentation

• Java Servlet Specification

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• Tomcat源码解析