从零手写实现 tomcat-03-基本的 socket 实现

ops/2025/2/14 6:32:19/

创作缘由

平时使用 tomcat 等 web 服务器不可谓不多，但是一直一知半解。

于是想着自己实现一个简单版本，学习一下 tomcat 的精髓。

系列教程

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整体思路

我们通过 socket 套接字，实现最简单的服务监听。

然后直接输出一个固定的响应到页面。

套接字是个啥？

Java套接字（Socket）可以想象成一个网络通信的“管道”。就像你用水管道把水从一个地方输送到另一个地方，Java套接字则是用来在网络中传输数据的。

它允许你的Java程序和网络中的其他程序进行通信，无论是在同一台机器上还是在世界的另一端。

在Java中，套接字主要分为两大类：

  1. 服务器套接字（ServerSocket）：它的作用是监听网络上的连接请求。你可以把它想象成一个电话总机，它不主动打给别人，而是等着别人打进来。当有请求进来时，服务器套接字就会创建一个新的通信“管道”（也就是另一个套接字），专门用来和请求者进行数据交换。

  2. 客户端套接字（Socket）：它的作用是主动去连接服务器套接字。就像你用电话拨打别人一样，客户端套接字会指定一个服务器的地址和端口，然后尝试建立连接。一旦连接成功，它也可以创建一个通信“管道”来发送和接收数据。

和 tomcat 有啥关系？

Tomcat作为一个Web服务器，需要和大量的客户端进行通信，比如浏览器。当浏览器请求一个网页时，Tomcat需要接收这个请求，并返回相应的网页数据。这个过程就需要用到Java套接字：

  • 监听连接：Tomcat使用ServerSocket来监听指定端口上的HTTP请求。当浏览器发送请求时，Tomcat的ServerSocket就会接受这个请求，并创建一个新的套接字来处理它。

  • 数据交换：一旦连接建立，Tomcat就会通过这个套接字和浏览器进行数据交换。浏览器通过这个“管道”发送请求，Tomcat接收请求后，处理它，并把响应数据通过同一个“管道”发送回浏览器。

  • 多线程处理：由于可能有成千上万的客户端同时请求，Tomcat会为每个连接创建一个新的线程，这样每个请求就可以并行处理，而不会互相干扰。

简而言之，Java套接字是Tomcat实现网络通信的核心，它允许Tomcat接收客户端的请求，并发送响应，从而实现Web服务的功能。

v1-基本代码

核心实现

java">package com.github.houbb.minicat.bs;import com.github.houbb.log.integration.core.Log;
import com.github.houbb.log.integration.core.LogFactory;
import com.github.houbb.minicat.exception.MiniCatException;import java.io.IOException;
import java.io.OutputStream;
import java.net.ServerSocket;
import java.net.Socket;/*** @author 老马啸西风* @since 0.1.0*/
public class MiniCatBootstrap {private static final Log logger = LogFactory.getLog(MiniCatBootstrap.class);/*** 启动端口号*/private final int port;public MiniCatBootstrap(int port) {this.port = port;}public MiniCatBootstrap() {this(8080);}public void start() {logger.info("[MiniCat] start listen on port {}", port);logger.info("[MiniCat] visit url http://{}:{}", "127.0.0.1", port);try {ServerSocket serverSocket = new ServerSocket(port);while(true){Socket socket = serverSocket.accept();OutputStream outputStream = socket.getOutputStream();outputStream.write("Hello miniCat！".getBytes());socket.close();}} catch (IOException e) {logger.error("[MiniCat] meet ex", e);throw new MiniCatException(e);}}}

启动测试

java">MiniCatBootstrap bootstrap = new MiniCatBootstrap();
bootstrap.start();

日志：

[INFO] [2024-04-01 16:55:56.705] [main] [c.g.h.m.b.MiniCatBootstrap.start] - [MiniCat] start listen on port 8080
[INFO] [2024-04-01 16:55:56.705] [main] [c.g.h.m.b.MiniCatBootstrap.start] - [MiniCat] visit url http://127.0.0.1:8080

我们浏览器访问 http://127.0.0.1:8080，却报错了

该网页无法正常运作127.0.0.1 发送的响应无效。
ERR_INVALID_HTTP_RESPONSE

为什么会报错呢？

在这个 MiniCatBootstrap 类中，服务器接收到请求后，直接向客户端发送了 "Hello miniCat！" 字符串。

然而，HTTP 协议规定了一定的格式要求，而 "Hello miniCat！" 并不符合这些格式要求，因此客户端无法正确解析这个响应，导致出现 "ERR_INVALID_HTTP_RESPONSE" 错误。

要修复这个问题，你需要修改 MiniCatBootstrap 类，以便生成符合 HTTP 格式的响应。

例如，你可以将 "Hello miniCat！" 包装在一个合法的 HTTP 响应中，如下所示：

java">String response = "HTTP/1.1 200 OK\r\n" +"Content-Type: text/plain\r\n" +"\r\n" +"Hello miniCat！";outputStream.write(response.getBytes());

这个响应包括了 HTTP 状态行（"HTTP/1.1 200 OK"）、Content-Type 头部（"Content-Type: text/plain"）和一个空行（"\r\n"），然后是 "Hello miniCat！" 字符串。

这样生成的响应就符合了 HTTP 协议的要求，客户端应该能够正确解析它。

代码调整

我们把原来的原始字符串调整下：

java">outputStream.write(InnerHttpUtil.httpResp("Hello miniCat!").getBytes());

工具类如下：

java">    /*** 符合 http 标准的字符串* @param rawText 原始文本* @return 结果*/public static String httpResp(String rawText) {String format = "HTTP/1.1 200 OK\r\n" +"Content-Type: text/plain\r\n" +"\r\n" +"%s";return String.format(format, rawText);}

再次访问，就一切都正常了。

v2-代码优化+支持stop

上面的方法不支持 stop，这有点不够优雅。

代码调整

调整后的代码实现如下：

java">package com.github.houbb.minicat.bs;import com.github.houbb.log.integration.core.Log;
import com.github.houbb.log.integration.core.LogFactory;
import com.github.houbb.minicat.exception.MiniCatException;
import com.github.houbb.minicat.util.InnerHttpUtil;import java.io.IOException;
import java.io.OutputStream;
import java.net.ServerSocket;
import java.net.Socket;/*** @author 老马啸西风* @since 0.1.0*/
public class MiniCatBootstrap {private static final Log logger = LogFactory.getLog(MiniCatBootstrap.class);/*** 启动端口号*/private final int port;/*** 是否运行的标识*/private volatile boolean runningFlag = false;/*** 服务端 socket*/private ServerSocket serverSocket;public MiniCatBootstrap(int port) {this.port = port;}public MiniCatBootstrap() {this(8080);}/*** 服务的启动*/public synchronized void start() {if(runningFlag) {logger.warn("[MiniCat] server is already start!");return;}logger.info("[MiniCat] start listen on port {}", port);logger.info("[MiniCat] visit url http://{}:{}", "127.0.0.1", port);try {this.serverSocket = new ServerSocket(port);runningFlag = true;while(runningFlag){Socket socket = serverSocket.accept();OutputStream outputStream = socket.getOutputStream();outputStream.write(InnerHttpUtil.httpResp("Hello miniCat!").getBytes());socket.close();}logger.info("[MiniCat] end listen on port {}", port);} catch (IOException e) {logger.error("[MiniCat] start meet ex", e);throw new MiniCatException(e);}}/*** 服务的启动*/public synchronized void stop() {if(!runningFlag) {logger.warn("[MiniCat] server is not start!");return;}try {if(this.serverSocket != null) {serverSocket.close();}this.runningFlag = false;logger.info("[MiniCat] stop listen on port {}", port);} catch (IOException e) {logger.error("[MiniCat] stop meet ex", e);throw new MiniCatException(e);}}}

我们定义一个 runingFlag 变量标识，stop 之后就可以根据这个属性判断是否继续执行。

测试代码

我们预期服务启动 30S 之后，然后关闭。

代码如下：

java">MiniCatBootstrap bootstrap = new MiniCatBootstrap();
bootstrap.start();TimeUnit.SECONDS.sleep(30);
bootstrap.stop();

这里会按照我们预期执行吗？为什么？

测试结果

测试日志：

[DEBUG] [2024-04-01 17:23:55.012] [main] [c.g.h.l.i.c.LogFactory.setImplementation] - Logging initialized using 'class com.github.houbb.log.integration.adaptors.stdout.StdOutExImpl' adapter.
[INFO] [2024-04-01 17:23:55.014] [main] [c.g.h.m.b.MiniCatBootstrap.start] - [MiniCat] start listen on port 8080
[INFO] [2024-04-01 17:23:55.015] [main] [c.g.h.m.b.MiniCatBootstrap.start] - [MiniCat] visit url http://127.0.0.1:8080

我们等待很久，也并没有等到服务关闭。

为什么？

即使在修改后的代码中添加了 stop() 方法来停止服务器，但是 start() 方法仍然会在一个无限循环中监听连接请求，导致主线程被阻塞。

这是因为 start() 方法中的 while 循环会一直执行，直到 stop() 方法被调用将 runningFlag 设置为 false。

要解决这个问题，可以将服务器的监听逻辑放在一个单独的线程中执行，这样 start() 方法就可以立即返回，不会阻塞主线程。

v3-解决主线程阻塞问题

思路

我们把主线程运行放到一个异步线程，不去阻塞主线存。

实现

java">package com.github.houbb.minicat.bs;import com.github.houbb.log.integration.core.Log;
import com.github.houbb.log.integration.core.LogFactory;
import com.github.houbb.minicat.exception.MiniCatException;
import com.github.houbb.minicat.util.InnerHttpUtil;import java.io.IOException;
import java.io.OutputStream;
import java.net.ServerSocket;
import java.net.Socket;/*** @since 0.1.0* @author 老马啸西风*/
public class MiniCatBootstrap {private static final Log logger = LogFactory.getLog(MiniCatBootstrap.class);/*** 启动端口号*/private final int port;/*** 是否运行的标识*/private volatile boolean runningFlag = false;/*** 服务端 socket*/private ServerSocket serverSocket;public MiniCatBootstrap(int port) {this.port = port;}public MiniCatBootstrap() {this(8080);}public synchronized void start() {// 引入线程池Thread serverThread = new Thread(new Runnable() {@Overridepublic void run() {startSync();}});// 启动serverThread.start();}/*** 服务的启动*/public void startSync() {if(runningFlag) {logger.warn("[MiniCat] server is already start!");return;}logger.info("[MiniCat] start listen on port {}", port);logger.info("[MiniCat] visit url http://{}:{}", "127.0.0.1", port);try {this.serverSocket = new ServerSocket(port);runningFlag = true;while(runningFlag && !serverSocket.isClosed()){Socket socket = serverSocket.accept();OutputStream outputStream = socket.getOutputStream();outputStream.write(InnerHttpUtil.httpResp("Hello miniCat!").getBytes());socket.close();}logger.info("[MiniCat] end listen on port {}", port);} catch (IOException e) {logger.error("[MiniCat] start meet ex", e);throw new MiniCatException(e);}}/*** 服务的暂停*/public void stop() {logger.info("[MiniCat] stop called!");if(!runningFlag) {logger.warn("[MiniCat] server is not start!");return;}try {if(this.serverSocket != null) {serverSocket.close();}this.runningFlag = false;logger.info("[MiniCat] stop listen on port {}", port);} catch (IOException e) {logger.error("[MiniCat] stop meet ex", e);throw new MiniCatException(e);}}}

启动测试

java">MiniCatBootstrap bootstrap = new MiniCatBootstrap();
bootstrap.start();System.out.println("main START sleep");
TimeUnit.SECONDS.sleep(10);
System.out.println("main END sleep");bootstrap.stop();

日志如下：

main START sleep
[INFO] [2024-04-02 09:03:41.604] [Thread-0] [c.g.h.m.b.MiniCatBootstrap.startSync] - [MiniCat] start listen on port 8080
[INFO] [2024-04-02 09:03:41.604] [Thread-0] [c.g.h.m.b.MiniCatBootstrap.startSync] - [MiniCat] visit url http://127.0.0.1:8080
main END sleep
[INFO] [2024-04-02 09:03:51.592] [main] [c.g.h.m.b.MiniCatBootstrap.stop] - [MiniCat] stop called!
[ERROR] [2024-04-02 09:03:51.592] [Thread-0] [c.g.h.m.b.MiniCatBootstrap.startSync] - [MiniCat] start meet ex
java.net.SocketException: socket closedat java.net.DualStackPlainSocketImpl.accept0(Native Method)at java.net.DualStackPlainSocketImpl.socketAccept(DualStackPlainSocketImpl.java:127)at java.net.AbstractPlainSocketImpl.accept(AbstractPlainSocketImpl.java:535)at java.net.PlainSocketImpl.accept(PlainSocketImpl.java:189)at java.net.ServerSocket.implAccept(ServerSocket.java:545)at java.net.ServerSocket.accept(ServerSocket.java:513)at com.github.houbb.minicat.bs.MiniCatBootstrap.startSync(MiniCatBootstrap.java:74)at com.github.houbb.minicat.bs.MiniCatBootstrap$1.run(MiniCatBootstrap.java:49)at java.lang.Thread.run(Thread.java:750)
Exception in thread "Thread-0" com.github.houbb.minicat.exception.MiniCatException: java.net.SocketException: socket closedat com.github.houbb.minicat.bs.MiniCatBootstrap.startSync(MiniCatBootstrap.java:83)at com.github.houbb.minicat.bs.MiniCatBootstrap$1.run(MiniCatBootstrap.java:49)at java.lang.Thread.run(Thread.java:750)
Caused by: java.net.SocketException: socket closedat java.net.DualStackPlainSocketImpl.accept0(Native Method)at java.net.DualStackPlainSocketImpl.socketAccept(DualStackPlainSocketImpl.java:127)at java.net.AbstractPlainSocketImpl.accept(AbstractPlainSocketImpl.java:535)at java.net.PlainSocketImpl.accept(PlainSocketImpl.java:189)at java.net.ServerSocket.implAccept(ServerSocket.java:545)at java.net.ServerSocket.accept(ServerSocket.java:513)at com.github.houbb.minicat.bs.MiniCatBootstrap.startSync(MiniCatBootstrap.java:74)... 2 more
[INFO] [2024-04-02 09:03:51.613] [main] [c.g.h.m.b.MiniCatBootstrap.stop] - [MiniCat] stop listen on port 8080Process finished with exit code 0

已经可以正常的关闭。

开源地址

 /\_/\  
( o.o ) > ^ <

mini-cat 是简易版本的 tomcat 实现。别称【嗅虎】(心有猛虎，轻嗅蔷薇。)

开源地址：https://github.com/houbb/minicat


http://www.ppmy.cn/ops/38806.html

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