day02-實現01

来源:https://www.cnblogs.com/liyuelian/archive/2022/11/16/16897856.html
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實現01 1.實現任務階段1 編寫mytomcat，該伺服器能給瀏覽器返回“你好，我是伺服器！”的簡單信息。 根據之前的tomcat框架整體分析，我們將瀏覽器發送請求，tomcat伺服器處理請求，返回資源的整個過程分為三個部分。現在來分析並初步實現第一部分的功能。 1.1基於socket開發服務端流 ...


實現01

1.實現任務階段1

編寫mytomcat，該伺服器能給瀏覽器返回“你好，我是伺服器！”的簡單信息。

根據之前的tomcat框架整體分析，我們將瀏覽器發送請求，tomcat伺服器處理請求，返回資源的整個過程分為三個部分。現在來分析並初步實現第一部分的功能。

1.1基於socket開發服務端流程

1.2需求分析/圖解

image-20221116153746596

工作：先打通自定義web伺服器和瀏覽器之間的通道。

如瀏覽器請求http://localhost:8080/Xxx，伺服器可以接收請求並返回簡單數據。

註意：這裡的交互是都建立在http協議之上的。伺服器獲取到的數據是http格式的，返回的數據也要封裝成http格式，瀏覽器才能正常解析。

http格式詳見javaweb-day14-HTTP協議

1.3代碼實現

MyTomcatV1：

package com.li.MyTomcat;

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

/**
 * @author 李
 * @version 1.0
 * 這是第一個版本的tomcat，可以完成接收瀏覽器請求，並返回信息功能
 */
public class MyTomcatV1 {
    public static void main(String[] args) throws IOException {

        //1.創建ServerSocket,在8080埠監聽
        ServerSocket serverSocket = new ServerSocket(8080);
        System.out.println("==========mytomcat在8080埠監聽=========");
        while (!serverSocket.isClosed()) {
            //等待瀏覽器或客戶端的連接
            //如果有連接來，就創建socket
            //這個socket就是瀏覽器和伺服器之間的連接（通道）
            Socket socket = serverSocket.accept();
            //先接收瀏覽器發送的數據
            InputStream inputStream = socket.getInputStream();//位元組流
            //為了方便，將其轉成字元流(InputStreamReader==>轉換流，將一個位元組流轉換成字元流)
            //BufferedReader==>字元處理流
            BufferedReader bufferedReader =
                    new BufferedReader(new InputStreamReader(inputStream, "utf-8"));
            String mes = null;
            System.out.println("========接收到瀏覽器發送的數據=======");
            //迴圈地讀取
            while ((mes = bufferedReader.readLine()) != null) {//按行讀取數據，如果已到達流末尾，則返回 null
                //判斷mes的長度是否為0
                if (mes.length() == 0) {
                    break;//退出while
                }
                System.out.println(mes);
            }

            //我們的tomcat回送數據-按照http格式

            //關閉資源
            inputStream.close();
            socket.close();

        }
    }
}

運行代碼，在瀏覽器中發送請求http://localhost:8080/cal.html，後端輸出如下：

可以看到，程式成功接收到了瀏覽器的請求（http格式）

image-20221116162724236

下麵以http格式響應瀏覽器請求：

package com.li.MyTomcat;

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

/**
 * @author 李
 * @version 1.0
 * 這是第一個版本的tomcat，可以完成接收瀏覽器請求，並返回信息功能
 */
public class MyTomcatV1 {
    public static void main(String[] args) throws IOException {

            //1.創建ServerSocket,在8080埠監聽
            /**
            * ..........
            */

            //mytomcat伺服器回送數據-按照http格式
            OutputStream outputStream = socket.getOutputStream();
            //模仿響應頭
            //\r\n表示回車換行：因為響應頭最後一行和響應體中間要隔一個空行，
            // 所以最後一行要寫兩個\r\n（響應頭換行是空行，空行再換行才是響應體）
            //即 http響應體前面需要有兩個換行\r\n\r\n
            String respHeader = "HTTP/1.1 200 OK\r\n" +
                    "Content-Type: text/html;charset=utf-8\r\n\r\n";
            String resp = respHeader + "你好，我是伺服器！";

            System.out.println("=====MyTomcat給瀏覽器回送的數據=====");
            System.out.println(resp);
            //註意：這裡返回數據要以位元組流方式返回
            outputStream.write(resp.getBytes());//將resp字元串以byte[]方式返回

            //關閉資源
            outputStream.flush();
            outputStream.close();
            inputStream.close();
            socket.close();
        }
    }
}

1.4測試

運行代碼，在瀏覽器中發送請求http://localhost:8080/，後臺輸出如下：

image-20221116170033986 image-20221116170054705

瀏覽器輸出如下：

image-20221116170135282 image-20221116173906882

2.實現任務階段2-使用BIO線程模型，支持多線程

2.1BIO線程模型介紹

image-20221116171036772

這裡為了簡單，使用方式一來完成操作，每次請求都會創建一個線程。

2.2需求分析/圖解

  1. 需求分析如圖所示，瀏覽器請求http://localhost:8080/，伺服器返回“你好，我是伺服器”。
  2. 後臺mytomcat使用BIO線程模型，支持多線程，對數據的返回和處理移至線程里處理。
image-20221116172327906

階段1存在一個問題：當一個客戶端被服務端在等待讀取數據的時候，服務端會卡在那裡，使得別的客戶端無法與服務端連接以及收發數據。

解決方案是讓等待接收數據的那塊讓子線程去做，主線程只需要一直監聽是否有客戶端連接即可，這樣每個客戶端就相互不影響了。

2.3代碼實現

RequestHandler：

package com.li.MyTomcat.hander;

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

/**
 * @author 李
 * @version 1.0
 * RequestHandler是一個線程對象
 * 用來處理一個http請求
 */
public class RequestHandler implements Runnable {
    //定義一個Socket
    private Socket socket = null;

    //在創建RequestHandler對象的時候，將主線程的socket傳給線程對象來使用
    public RequestHandler(Socket socket) {
        this.socket = socket;
    }

    @Override
    public void run() {
        //對客戶端進行交互

        try {
            System.out.println("當前線程="+Thread.currentThread().getName());
            
            InputStream inputStream = socket.getInputStream();
            //將位元組流轉成字元流--方便按行讀取瀏覽器請求
            BufferedReader bufferedReader =
                    new BufferedReader(new InputStreamReader(inputStream, "utf-8"));
            System.out.println("=====MyTomcat接收瀏覽器數據=====");
            String mes = null;
            while ((mes = bufferedReader.readLine()) != null) {
                //如果讀取到的長度為零，即空串""
                if (mes.length() == 0) {
                    break;//退出迴圈
                }
                System.out.println(mes);
            }

            //將數據返回給瀏覽器/客戶端（註意要將數據封裝成http響應的格式，瀏覽器才能解析）
            //構建http響應頭（註意換行-響應頭和響應體之間有一個空行，需要兩個換行）
            String respHeader = "HTTP/1.1 200 OK\r\n" +
                    "Content-Type: text/html;charset=utf-8\r\n\r\n";
            String resp = respHeader + "<h1>Hello，我是伺服器！<h1>";
            System.out.println("=====MyTomcatV2給瀏覽器回送的數據=====");
            System.out.println(resp);
            //獲取輸出流
            OutputStream outputStream = socket.getOutputStream();
            outputStream.write(resp.getBytes());//將字元串轉成位元組數組

            //關閉流
            outputStream.flush();
            outputStream.close();
            inputStream.close();
            socket.close();

        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        } finally {
            //一定要確保socket關閉
            if (socket != null) {
                try {
                    socket.close();
                } catch (IOException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
        }
    }
}

MyTomcatV2：

package com.li.MyTomcat;

import com.li.MyTomcat.hander.RequestHandler;

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

public class MyTomcatV2 {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        //監聽
        ServerSocket serverSocket = new ServerSocket(8080);
        System.out.println("==========MyTomcatV2在8080埠監聽=========");
        //只要serverSocket沒有關閉，就會一直等待客戶端來連接
        while (!serverSocket.isClosed()) {
            //每接收一個瀏覽器連接，就會得到一個socket對象（這個socket就是伺服器和瀏覽器的數據通道）
            Socket socket = serverSocket.accept();
            //創建一個線程，將該socket傳給該線程，啟動線程
            new Thread(new RequestHandler(socket)).start();
        }
    }
}

2.4測試

運行代碼，在瀏覽器輸入http://localhost:8080/，輸出如下：

image-20221116184242132

後臺輸出：

image-20221116185129741 image-20221116185110004

3.實現任務階段3-處理Servlet

  • Servlet聲明周期
image-20221116185552137

3.1需求分析/圖解

問題分析：第二階段只是簡單地返回結果，沒有和Servlet，web.xml關聯起來

下麵來完成第三階段實現：

image-20221116193534487
  • 自定義Servlet規範

要完成Servlet的調用就要先制定好Servlet規範，我們模仿Servlet的規範來制訂一套自己的Servlet。

如下，模仿實際的Servlet來編寫MyServlet及其抽象類MyHttpServlet，實現類MyCalServlet

image-20221116195251920
  • 模擬實現request和response

另外，在真實的tomcat伺服器中，接收http請求後會將其封裝成HttpServletRequest對象，返回數據則是通過HttpServletResponse對象。

因此，除了自定義Servlet規範外，還要定義用於與http協議交互的兩個對象

這裡為了簡化，就不使用實現介面的形式一層層封裝了，直接用兩個類來實現。

  • 在實現上面兩個工作之前，先來看一個需求

我們現在做一個簡單的需求：

瀏覽器請求http://localhost:8080/calServlet，提交數據，完成計算任務，如果該Servlet不存在，就返回404。大致的界面如下：

image-20221116185854932 image-20221116185911637

image-20221116185926379

由於真正的HttpServletRequest和HttpServletResponse方法以及Servlet方法很多，這裡為了簡化，上述模擬的Servlet和自定義的request，response等只實現滿足此需求的部分方法。

3.2模擬實現request和response

3.2.1MyRequest

package com.li.MyTomcat.http;

import java.io.BufferedReader;
import java.io.InputStream;
import java.io.InputStreamReader;
import java.util.HashMap;

/**
 * @author 李
 * @version 1.0
 * 1.MyRequest的作用是封裝http請求的數據
 * 2.比如 method,uri,還有參數列表等
 * 3.MyRequest 的作用相當於原生的Servlet中的HttpServletRequest
 * 4.這裡先考慮get請求
 */
public class MyRequest {

    private String method;
    private String uri;
    //存放參數列表  參數名-參數值=>HashMap
    private HashMap<String, String> parametersMapping = new HashMap<>();
    private InputStream inputStream = null;

    //構造器==>對http請求進行封裝
    //在構造 MyRequest對象的時候，將關聯的socket的InputStream傳進來
    // 這樣就可以拿到該http請求的數據
    public MyRequest(InputStream inputStream) {
        this.inputStream = inputStream;
        packageHttp();
    }

    /**
     * 將http請求的相關參數進行封裝，然後提供相關的方法，進行獲取
     */
    public void packageHttp() {
        System.out.println("MyRequest packageHttp()被調用...");
        try {
            //將位元組流轉成字元流
            BufferedReader bufferedReader =
                    new BufferedReader(new InputStreamReader(inputStream, "utf-8"));
            /**
             * GET /myCalServlet?num1=11&num2=12 HTTP/1.1
             * Host: localhost:8080
             * User-Agent: Mozilla/5.0 (Windows NT 10.0; Win64; x64; rv:106.0) Gecko/20100101 Firefox/106.0
             * ......
             */
            //1.先讀取第一行（請求行）
            String requestLine = bufferedReader.readLine();
            //第0組：GET  第1組：/myCalServlet?num1=11&num2=12 第2組：HTTP/1.1
            String[] requestLineArr = requestLine.split(" ");
            //2.得到method
            method = requestLineArr[0];
            //3.解析得到uri=/myCalServlet
            //先看看uri有沒有參數列表
            int index = requestLineArr[1].indexOf("?");//找到?號的索引
            if (index == -1) {//沒有問號，說明uri沒有參數列表
                uri = requestLineArr[1];
            } else {
                //截取到?號的前一位,即為uri
                uri = requestLineArr[1].substring(0, index);
                //獲取參數列表
                String parameters = requestLineArr[1].substring(index + 1);//parameters => num1=11&num2=12
                String[] parametersPair = parameters.split("&");//parametersPair=["num1=11","num2=12",...]
                //防止瀏覽器的提交的地址為 /myCalServlet?
                if (null != parametersPair && !"".equals(parametersPair)) {
                    //再分割
                    for (String parameterPair : parametersPair) {
                        //parameterVal=["num1","10"]
                        String[] parameterVal = parameterPair.split("=");
                        if (parameterVal.length == 2) {
                            //放入到parametersMapping中
                            parametersMapping.put(parameterVal[0], parameterVal[1]);
                        }
                    }
                }
            }
            //這裡不能關閉流inputStream，因為inputStream和socket關聯，
            // 如果關閉了inputStream則socket也會一起關閉
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }

    //request有一個特別重要的方法-getParameter()
    public String getParameter(String name) {
        if (parametersMapping.containsKey(name)) {
            return parametersMapping.get(name);
        } else {
            return "";
        }
    }

    public String getMethod() {
        return method;
    }

    public void setMethod(String method) {
        this.method = method;
    }

    public String getUri() {
        return uri;
    }

    public void setUri(String uri) {
        this.uri = uri;
    }

    @Override
    public String toString() {
        return "MyRequest{" +
                "method='" + method + '\'' +
                ", uri='" + uri + '\'' +
                ", parametersMapping=\n" + parametersMapping +
                '}';
    }
}

3.2.2MyResponse

package com.li.MyTomcat.http;

import java.io.OutputStream;

/**
 * @author 李
 * @version 1.0
 * 1.MyResponse可以封裝OutputStream（和socket關聯）
 * 2.即可以通過 MyResponse對象返回http響應給瀏覽器或客戶端
 * 3.MyResponse的作用等價於原生的Servlet的HttpServletResponse
 */
public class MyResponse {
    private OutputStream outputStream = null;

    //寫一個http的響應頭
    public static final String respHeader = "HTTP/1.1 200 OK\r\n" +
            "Content-Type: text/html;charset=utf-8\r\n\r\n";

    //在構造 MyResponse 對象的時候，將關聯的socket的OutputStream傳進來
    public MyResponse(OutputStream outputStream) {
        this.outputStream = outputStream;
    }

    //當我們需要給瀏覽器返回數據時，可以通過MyResponse的屬性獲得輸出流
    public OutputStream getOutputStream() {
        return outputStream;
    }
}

3.2.3修改RequestHandler

package com.li.MyTomcat.hander;

import com.li.MyTomcat.http.MyRequest;
import com.li.MyTomcat.http.MyResponse;

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

/**
 * @author 李
 * @version 1.0
 * RequestHandler是一個線程對象
 * 用來處理一個http請求
 */
public class RequestHandler implements Runnable {
    //定義一個Socket
    private Socket socket = null;

    //在創建RequestHandler對象的時候，將主線程的socket傳給線程對象來使用
    public RequestHandler(Socket socket) {
        this.socket = socket;
    }

    @Override
    public void run() {
        //對客戶端進行交互

        try {
            System.out.println("當前線程=" + Thread.currentThread().getName());

            InputStream inputStream = socket.getInputStream();

            MyRequest myRequest = new MyRequest(inputStream);
            String num1 = myRequest.getParameter("num1");
            String num2 = myRequest.getParameter("num2");
            String name = myRequest.getParameter("name");
            String email = myRequest.getParameter("email");
            System.out.println("請求的參數num1= " + num1);
            System.out.println("請求的參數num2= " + num2);
            System.out.println("請求的參數name= " + name);
            System.out.println("請求的參數email= " + email);
            System.out.println(myRequest);

            //這裡我們可以通過myResponse對象返回數據給客戶端
            MyResponse myResponse = new MyResponse(socket.getOutputStream());
            String resp = MyResponse.respHeader + "<h1>Hello,我是myResponse返回的信息</h1>";
            //這裡的應用場景是:為了將來在Servlet中使用response對象，可以獲取到輸出流
            OutputStream outputStream = myResponse.getOutputStream();
            outputStream.write(resp.getBytes());
            outputStream.flush();
            outputStream.close();

            inputStream.close();
            socket.close();

        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        } finally {
            //一定要確保socket關閉
            if (socket != null) {
                try {
                    socket.close();
                } catch (IOException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
        }
    }
}

MyTomcatV2類保持不變。

3.2.4測試

運行MyTomcatV2，在瀏覽器中輸入如下請求：

http://localhost:8080/myCalServlet?num1=100&num2=200&name=jack&[email protected]

瀏覽器輸出：

image-20221116224126564

後臺輸出：

image-20221116224012344
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