tomcat原理模拟和tomcat优化-编程知识

1、tomcat实现原理

servlet 没有主方法main，依赖tomcat才能运行，因为tomcat 有主方法main，由java编写

servlet中doGet和doPost方法属于非静态方法，只能依托new对象存在，tomcat无法new出来对象，因此tomcat无法事先知道他们的存在。而任何语言都可以通过类的所在的路径或目录获取类信息，去某个目录下遍历所有子文件，能够获取所有文件的路径信息。tomcat可以通过servlet注解，找到对应的类，servlet注解相当于给类加了标记。

Tomcat和Servlet的关系是，Tomcat是Servlet容器，负责处理客户端的请求并将请求传递给Servlet，然后将Servlet的响应返回给客户。Servlet是一种运行在支持Java语言的服务器上的组件。

静态页面请求资源时，tomcat拷贝Html页面发送给浏览器，浏览器对html进行解析，浏览器看到src/href自动发请求。Tomcat将Http请求文本接收并解析，然后封装成HttpServletRequest类型的request对象，所有的Http头数据可以通过request对象调用对应的方法查询到。Servlet要响应的信息封装为HttpServletResponse类型的response对象，通过设置response属性就可以控制要输出到浏览器的内容，然后将response交给Tomcat，Tomcat就会将其变成响应文本的格式发送给浏览器。

浏览器对请求的资源会在content-type中标记类型，然后以相同类型返回，如请求的是html页面，返回的就是html页面；请求的是css，返回的就是css。

Tomcat的工作方式是，当它启动时，会把所有的Servlet都加载到内存中。具体而言，就是前端页面需要写请求路径和请求方法，一般是通过js的ajax给前端传输请求,这些请求借助socket接收,然后socket将这些信息根据http协议对这些字符串进行解析，识别出请求路径和请求参数，根据每个servlet中的注解找出请求路径，再根据请求路径判断调用哪个servlet。找到对应的Servlet后，Tomcat会调用该Servlet的相应方法（doGet或doPost）来处理这个请求。Servlet会解析请求参数，可能会做一些处理，然后返回一个响应。Servlet返回的响应会通过Tomcat传回给前端。这可能是一个HTML页面，也可能是一些JSON数据，取决于你的Servlet是如何处理的。前端接收到响应后，浏览器会根据响应的内容进行渲染。如果响应是一个HTML页面，浏览器就会展示这个页面。如果响应是一些JSON数据，那么前端可能会根据这些数据进行一些更新或者其他的操作。

具体流程如下图所示：

2、tomcat优化

2.1 tomcat存在的问题

①挑选servlet很慢，因为跟硬盘交互；

②反射也很慢，就是遍历内存，CPU运算一次是纳秒级，这些都是毫秒级

2.2 tomcat优化一

挑选servlet后反射获取注解信息这一步可以进行优化，将servlet及对应的注解类信息放入一个map中，之后每次请求就直接通过map中的信息对servlet及注解信息进行筛选，只需要O(1)的时间复杂度，时间缩短为微秒级，tomcat启动时就会进行这一步操作。map中的value值是一个集合体，包含servlet对象，doget方法对象，dopost方法对象。

2.3 tomcat优化二

方法的调用是拷贝这一份方法压入栈中去执行，没有必要每次都创建对象执行方法，很占用内存，因为在操作系统中最小的内存分配单位是4KB，不管对象实际大小多大，每次最小分配4KB，大于4KB则是分配4KB的倍数，内存占的多影响运行速度，因此可以在tomcat启动阶段只创建一个对象，没有必要每次发送请求都创建一个对象获取方法执行，然后tomcat每次请求通过这一个对象进行方法的调用。因此，也可以只保留一个doGet和doPost方法，一个对象被多线程共用，类的对象保留一个，方法的对象保留一个，静态方法的调用不需要依托对象，非静态方法的调用需要依托对象

3、tomcat实现代码

①Client


import java.io.IOException;
import java.io.InputStream;
import java.io.OutputStream;
import java.net.Socket;
import java.net.UnknownHostException;
import java.text.SimpleDateFormat;
import java.util.Date;
import java.util.Scanner;public class Client extends Thread {//定义一个Socket对象Socket socket = null;public Client(String host, int port) {try {//需要服务器的IP地址和端口号，才能获得正确的Socket对象socket = new Socket(host, port);} catch (UnknownHostException e) {e.printStackTrace();} catch (IOException e) {e.printStackTrace();}}@Overridepublic void run() {//客户端一连接就可以写数据给服务器了new sendMessThread().start();super.run();try {// 读Sock里面的数据InputStream s = socket.getInputStream();byte[] buf = new byte[4096];int len = 0;while ((len = s.read(buf)) != -1) {System.out.println(getdate() + "  服务器说：  "+new String(buf, 0, len,"UTF-8"));}} catch (IOException e) {e.printStackTrace();}}//往Socket里面写数据，需要新开一个线程class sendMessThread extends Thread{@Overridepublic void run() {super.run();//写操作Scanner scanner=null;OutputStream os= null;try {scanner=new Scanner(System.in);os= socket.getOutputStream();String in="";do {in=scanner.next();os.write((""+in).getBytes("UTF-8"));os.write(("哈哈哈哈").getBytes("UTF-8"));os.flush();} while (!in.equals("bye"));} catch (IOException e) {e.printStackTrace();}scanner.close();try {os.close();} catch (IOException e) {e.printStackTrace();}}}public static String getdate() {Date date = new Date();SimpleDateFormat format = new SimpleDateFormat("yyyy-MM-dd hh:mm:ss");String result = format.format(date);return result;}//函数入口public static void main(String[] args) {//需要服务器的正确的IP地址和端口号Client clientTest=new Client("62.234.175.16", 80);clientTest.start();}
}

②Server


import java.io.BufferedReader;
import java.io.IOException;
import java.io.InputStreamReader;
import java.io.PrintWriter;
import java.net.ServerSocket;
import java.net.Socket;public class AppServer {public static void main(String[] args) throws Exception {FindFile.init();System.out.println("服务启动");try (ServerSocket serverSocket = new ServerSocket(80);// 监听自己的服务器的80端口Socket clientSocket = serverSocket.accept();//ֻ只要发来的数据就接收到这里，网络流--->基本类型数组PrintWriter out = new PrintWriter(clientSocket.getOutputStream(), true);BufferedReader in = new BufferedReader(new InputStreamReader(clientSocket.getInputStream()));) {System.out.println("客户端连接");String inputLine;String httpstr = "";while ((inputLine = in.readLine()) != null) {httpstr += inputLine;if(inputLine.equals("") ){ break;}}System.out.println("HTTP协议开始:" + httpstr + "###HTTP协议结束");String[] arr = httpstr.split("\\?");String str = arr[0];String[] strarr = str.split("/");String  url = strarr[strarr.length-1]; System.out.println("提取到的url:" + url );String params = arr[1].split(" HTTP")[0];//key1=22&key2=value2&key3=value3&key4=value4&key5=88String[] pramarr = params.split("&");Learn1.chose2(url,pramarr);} catch (IOException e) {System.out.println("Exception caught when trying to listen on port " + 80 + " or listening for a connection");System.out.println(e.getMessage());}System.out.println("服务退出");}
}

③FindFile


import java.io.File;
import java.util.HashMap;public class FindFile {public static HashMap<String,Object[]> map = new HashMap<>();public static void main(String[] args) throws Exception {}public static void init()  {File folder = new File("D:\\eclipse project\\testDemo\\src");try {traverseFolder2(folder);} catch (Exception e) {// TODO Auto-generated catch blocke.printStackTrace();}}public static void traverseFolder(File folder) {File[] files = folder.listFiles();if (files != null) {for (File file : files) {if (file.isDirectory()) {traverseFolder(file); // 递归遍历子文件夹} else {System.out.println(file.getAbsolutePath().split("src")[1]); }}}}public static void traverseFolder2(File folder) throws Exception{File[] files = folder.listFiles();if (files != null) {for (File file : files) {if (file.isDirectory()) {traverseFolder2(file); } else {String filepath = file.getAbsolutePath().split("src")[1];filepath = filepath.substring(1,filepath.length());filepath = filepath.replace("\\", ".");if(filepath.endsWith("java")) {filepath = filepath.replace(".java", "");Class<?> cl = Class.forName(filepath);WebServlet2 annotation =  cl.getAnnotation(WebServlet2.class);if(annotation!=null) {String urlname = annotation.url();//System.out.println(filepath); //System.out.println("提取到的路径：" + urlname); map.put(urlname, new Object[] {cl.newInstance(), cl.getMethod("doGet", new Class[] {HSRequest.class}), cl.getMethod("doPost", new Class[] {HSRequest.class})});}}}}}}
}

④learn

package tomcat_you;
import java.lang.reflect.Method;
import java.util.Arrays;public class Learn1 {public static void chose(String url,String[] pramarr)throws Exception {String[] arr = {"tomcat_you.TestDemo2", "tomcat_you.TestDemo3",  "tomcat_you.TestDemo4"};Class<?>[] cls = new Class[arr.length];for(int i =0;i < cls.length; i++) {cls[i] = Class.forName(arr[i]);WebServlet2 annotation =  cls[i].getAnnotation(WebServlet2.class);if(annotation!=null) {//模拟挑选出了servlet（带有注解的类）ࣩString urlname = annotation.url();if(url.equals(urlname)) {Object x = cls[i].newInstance();//   HttpServletDemo w = (HttpServletDemo)x;// w.doGet(22, "www");Method method = cls[i].getDeclaredMethod("doGet", new Class[] {HSRequest.class});HSRequest request = new HSRequest();for(String param : pramarr) {String[] arrw = param.split("=");request.put(arrw[0], arrw[1]);}method.invoke(x, request);}}else {continue;}}}//tomcat优化public static void chose2(String url,String[] pramarr)throws Exception {HSRequest request = new HSRequest();for(String param : pramarr) {String[] arrw = param.split("=");request.put(arrw[0], arrw[1]);}Object[] arr = FindFile.map.get(url);Method m = (Method) arr[1];m.invoke(arr[0], request);}
}

⑤HSRequest

package tomcat_you;import java.util.HashMap;public class HSRequest {private HashMap<String,String> map = new HashMap<>();public String getParameter(String key) {return map.get(key);}public void put(String key, String value) {map.put(key, value);}
}

⑥HttpServletDemo

package tomcat_you;public class HttpServletDemo {public void doGet(HSRequest request) {}public void doPost(HSRequest request){}
}

⑦WebServlet

package tomcat_you;
import java.lang.annotation.ElementType;
import java.lang.annotation.Retention;
import java.lang.annotation.RetentionPolicy;
import java.lang.annotation.Target;@Retention(value = RetentionPolicy.RUNTIME)
@Target(value = {ElementType.METHOD, ElementType.PARAMETER, ElementType.FIELD,ElementType.TYPE})
public @interface WebServlet2 {public int age();// 为name指定初始值ֵpublic String url() default "小花";
}

⑧TestDemo

package tomcat_you;
@WebServlet2(url = "servlet1",age=12)
public class TestDemo2 extends HttpServletDemo{public void doGet(HSRequest request){String name = request.getParameter("name");String age = request.getParameter("age");System.out.println("姓名" + name + ",年龄:" + age);}public void doPost(HSRequest request){}
}