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作者 | 了了在小
来源 | cnblogs.com/UYGHYTYH/p/13336354.html
今天就NIO实现简单的HTTP交互做一下笔记，进而来加深Tomcat源码印象。
一、关于HTTP
1、HTTP的两个显著特点，HTTP是一种可靠的超文本传输协议
第一、实际中，浏览器作为客户端，每次访问，必须明确指定IP、PORT。这是因为，HTTP协议底层传输就是使用的TCP方式。
第二、HTTP协议作为一种规范，简单理解，首先，它传输的是文本（即字符串，这个是区别于二级制数据的）。其次，他对文本的格式是有要求的。
2、HTTP约定的报文格式
对于以下报文格式，我们只需要对拿到的数据，进行readLine，然后做基于换行、回车、空格的判断、切割等，就能拿到所有信息。
二、系统架构
基于第一节的结论，我们就能启动NIO作为服务端，然后用浏览器来发起客户端接入、发送数据，然后服务端回执。浏览器显示回执。其中，浏览器内核持有一个客户端SocketChannel，并且会自动维护其事件监听。并且会自动按照HTTP协议报文格式来解析服务端返回的报文，并自动渲染。所以，我们只需要关注服务端，这里涉及一下几个步骤：
<1>、接收浏览器SocketChannel发送的数据。
<2>、解码：进行请求报文解析。
<3>、编码：计算响应数据，并将响应数据封装为HTTP协议格式。
<4>、写入SocketChannel，即发送给浏览器。
三、服务初始化
1、服务器实例声明
我们使用NO作为服务端，所以端口、多路复用器这些必不可少。与此同时，我们需要一个线程池去专门进行业务处理，其中具体的业务处理交给HttpServlet。
public class SimpleHttpServer { // 服务端口 private int port; // 处理器 private HttpServlet servlet; // 轮询器 private final Selector selector; // 启停标识 private volatile boolean run = false; // 需要注册的Channel，避免与轮询器产生死锁 private Set<SocketChannel> allConnections = new HashSet<>(); // 执行业务线程池 private ExecutorService executor = Executors.newFixedThreadPool(5); public SimpleHttpServer(int port, HttpServlet servlet) throws IOException { this.port = port; this.servlet = servlet; ServerSocketChannel serverSocketChannel = ServerSocketChannel.open(); selector = Selector.open(); serverSocketChannel.bind(new InetSocketAddress(port)); serverSocketChannel.configureBlocking(false); // 一旦初始化就开始监听客户端接入事件 serverSocketChannel.register(selector, SelectionKey.OP_ACCEPT); }}
2、业务处理HttpServlet的细节
HttpServlet
1 public interface HttpServlet {2 void doGet(Request request, Response response);3 void doPost(Request request, Response response);4 }
Request
public class Request { Map<String, String> heads; String url; String method; String version; //请求内容 String body; Map<String, String> params;}
Response
public class Response { Map<String, String> headers; // 状态码 int code; //返回结果 String body;}
3、编解码相关
编码
//编码Http 服务private byte[] encode(Response response) { StringBuilder builder = new StringBuilder(512); builder.append("HTTP/1.1 ").append(response.code).append(Code.msg(response.code)).append("\r\n"); if (response.body != null && response.body.length() != 0) { builder.append("Content-Length: ") .append(response.body.length()).append("\r\n") .append("Content-Type: text/html\r\n"); } if (response.headers != null) { String headStr = response.headers.entrySet().stream().map(e -> e.getKey() + ":" + e.getValue()) .collect(Collectors.joining("\r\n")); builder.append(headStr + "\r\n"); } builder.append("\r\n").append(response.body); return builder.toString().getBytes();}
解码
// 解码Http服务private Request decode(byte[] bytes) throws IOException { Request request = new Request(); BufferedReader reader = new BufferedReader(new InputStreamReader(new ByteArrayInputStream(bytes))); String firstLine = reader.readLine(); System.out.println(firstLine); String[] split = firstLine.trim().split(" "); request.method = split[0]; request.url = split[1]; request.version = split[2]; //读取请求头 Map<String, String> heads = new HashMap<>(); while (true) { String line = reader.readLine(); if (line.trim().equals("")) { break; } String[] split1 = line.split(":"); heads.put(split1[0], split1[1]); } request.heads = heads; request.params = getUrlParams(request.url); //读取请求体 request.body = reader.readLine(); return request;}
获取请求参数
private static Map getUrlParams(String url) { Map<String, String> map = new HashMap<>(); url = url.replace("?", ";"); if (!url.contains(";")) { return map; } if (url.split(";").length > 0) { String[] arr = url.split(";")[1].split("&"); for (String s : arr) { if (s.contains("=")) { String key = s.split("=")[0]; String value = s.split("=")[1]; map.put(key, value); } else { map.put(s, null); } } return map; } else { return map; }}
四、交互实现
1、服务端启动
对于已经初始化好的ServerSocketChannel，我们下来要做的无非就是while(true)轮询selector。这个套路已经非常固定了。这里我们启动一个线程来轮询：
public void start() { this.run = true; new Thread(() -> { try { while (run) { selector.select(2000); Iterator<SelectionKey> iterator = selector.selectedKeys().iterator(); while (iterator.hasNext()) { SelectionKey key = iterator.next(); iterator.remove(); // 监听客户端接入 if (key.isAcceptable()) { handleAccept(key); } // 监听客户端发送消息 else if (key.isReadable()) { handleRead(key); } } } } catch (IOException e) { e.printStackTrace(); } }, "selector-io").start();}
2、处理客户端接入
// 当有客户端接入的时候，为其注册 可读 事件监听，等待客户端发送数据private void handleAccept(SelectionKey key) throws IOException { ServerSocketChannel channel = (ServerSocketChannel) key.channel(); SocketChannel socketChannel = channel.accept(); socketChannel.configureBlocking(false); socketChannel.register(selector, SelectionKey.OP_READ);}
3、处理客户端发送的消息
/** * 接收到客户端发送的数据进行处理 * 1、将客户端的请求数据取出来，放到ByteArrayOutputStream。 * 2、将数据交给Servlet处理。 */private void handleRead(SelectionKey key) throws IOException { final SocketChannel channel = (SocketChannel) key.channel(); ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(1024); final ByteArrayOutputStream out = new ByteArrayOutputStream(); while (channel.read(buffer) > 0) { buffer.flip(); out.write(buffer.array(), 0, buffer.limit()); buffer.clear(); } if (out.size() <= 0) { channel.close(); return; } process(channel, out);}
4、业务处理并发送返回数据
private void process(SocketChannel channel, ByteArrayOutputStream out) { executor.submit(() -> { try { Request request = decode(out.toByteArray()); Response response = new Response(); if (request.method.equalsIgnoreCase("GET")) { servlet.doGet(request, response); } else { servlet.doPost(request, response); } channel.write(ByteBuffer.wrap(encode(response))); } catch (Throwable e) { e.printStackTrace(); } });}
五、单元测试
@Testpublic void simpleHttpTest() throws IOException, InterruptedException { SimpleHttpServer simpleHttpServer = new SimpleHttpServer(8080, new HttpServlet() { @Override public void doGet(Request request, Response response) { System.out.println(request.url); response.body="hello_word：" + System.currentTimeMillis(); response.code=200; response.headers=new HashMap<>(); } @Override public void doPost(Request request, Response response) {} }); simpleHttpServer.start(); new CountDownLatch(1).await();}
六、小结
以上，使用原生NIO实现了一个简单的HTTP交互样例，虽然，只做了自定义Servlet中做了GET方法的实现。其实原理已经很明了。真正的Tomcat交互内核，其实就是在这个原理的基础上做了工业级软件架构设计。小结一下：
<1>、浏览器地址栏访问，对于浏览器内核，可以理解触发了两个事件，OP_CONNECT事件、OP_WRITE事件。
<2>、NIO实现的服务端还是遵循固定套路。当监听到OP_READ事件后，直接处理，然后回写结果。
<3>、浏览器会在OP_WRITE事件后，自动变更监听为OP_READ事件。等待服务端返回。
<4>、关于编码、解码、请求参数获取等，均属于HTTP协议的范畴，其实无关NIO。
<5>、服务端selector轮询、accept接入channel注册。这两个操作之间使用的是用一个同步器，所以存在死锁的风险。Tomcat里边做了很好的处理。这里以后再聊。
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本文分享自微信公众号 - java1234（gh_27ed55ecb177）。
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