模擬實現 Tomcat 的核心模塊：NIO，HTTP，容器和集羣

如果你想看 Tomcat 源碼但又無從入手，不妨從這個項目開始，代碼量不多，但包含了 Tomcat 的核心處理流程，並且源碼中有相當豐富的註釋。相信通過此項目你能瞭解：

文末有源碼地址。本文就 NIO 模型、HTTP 協議解析、Digester 工具以及Servlet 容器這些核心模塊的設計和實現的難點以及重點進行簡單介紹。

1. NIO 服務器的實現

由於非阻塞的特性，NIO 的編寫相比於 BIO 很複雜，而原生 NIO 編程就更復雜了，關鍵是處理好通道和處理器的映射，以及各種狀態的管理。此模塊的名稱是 rxtomcat-net，結構如下：

主要實現了以下功能：

Acceptor 使用信號量對總連接數進行控制
Acceptor 和 Poller 使用隊列協作完成新連接通道的註冊，因爲直接註冊可能會造成死鎖
Poller 既能通知非阻塞讀寫事件，也能通知模擬阻塞的讀寫事件
Poller 在通知 I/O 事件時，也會模擬 Tomcat 把通道就緒的事件從關注事件集合中移除
利用兩個用於讀和寫的 CountDownLatch 實現模擬阻塞
Poller 還對通道處理超時，通道超時或關閉時會移除它對應的 Processor，防止內存泄露
因爲是非阻塞，所以當處理中途發現讀或寫的數據不完整，要再次處理時，需要找到原先的處理器，Handler 內部就是使用 ConcurrentHashMap 保持通道和處理器的映射
NioChannel 是對 SocketChannel 的封裝，主要包含兩個 ByteBuffer 用於讀和寫以及兩個模擬阻塞讀和寫使用的閉鎖，以及提供實際的非阻塞和模擬阻塞讀寫功能
爲了適配不同協議的處理器定義了一個 Processor 接口

EchoProcessor 是實現的一個回顯處理器，它包含一個 main 方法，可直接運行進行測試。

有一點需要注意，從通道讀取字節到處理請求都是一個線程，只有在非阻塞讀取不完整的請求頭數據時，纔有可能切換線程。

完整的實現 HTTP 協議是很複雜的，這裏的實現比較簡單，模塊的名稱是 rxtomcat-http，結構如下：

主要實現了以下功能：

解析協議麻煩的地方在於處理 TCP 粘包拆包的問題，以及各種緩衝區的清空和重用。在實現時，緩存區大部分使用的是 ByteBuffer。

實現一個簡單的 Servlet 容器，模塊的名稱是 rxtomcat-container，結構如下：

簡單起見，只設計了 Context 和 Wrapper 兩個容器，主要實現了以下功能：

Pipeline 和 Valve 的管道處理模型，以及容器 Lifecycle 生命週期的設計
DefaultServlet 靜態資源的處理和緩存
根據 web.xml 部署應用，提取 Servlet 和 Filter 及其配置的映射
打破雙親委託的類加載器 Loader，實現從 WEB-INF/classes 和 WEB-INF/lib 加載類，以及 class 文件熱加載的功能
實現 Servlet 的三種 URL 路由規則，以及規範中的 Cookie, HttpSession, FilterChain, HttpServletRequest, HttpServletResponse
實現 Session 以及它的管理器 Manager
實現了 ServletInputStream 用於支持文件上傳的處理

這部分的實現稍微繁瑣，也基本復現了 Tomcat 的處理流程，其中唯一有點繞的就是使用 Lifecycle 實現的觀察模式，觸發特定的生命週期事件，使用特定的類來配置和初始化 Context。

模塊 rxtomcat-utils 主要是一些工具類：

模塊 rxtomcat-bootstrap 使用 maven-assembly-plugin 打包發佈二進制版本，最終構建生成的項目運行目錄結構是：

造輪子確實很費時間，但效果很好。平時寫代碼，知道原理是什麼，但在編寫時卻無從下手，這就是代碼寫的少，模仿的少導致的。所以，如果時間充裕，不妨多造造輪子。

本文模擬實現的 Tomcat 源碼地址是：「github.com/tonwu/rxtomcat」
使用的版本是 Tomcat 6.0.53，公衆號「頓悟源碼」後臺回覆關鍵字「Tomcat」可獲取帶有比較詳細中文代碼註釋的，可直接導入 Eclipse 運行的 Tomcat 工程。

讀完一個完整的開源項目，實在太費時間了v_v，後續時間充足的話，計劃繼續實現集羣、異步 Servlet 和 websocket 的代碼，歡迎 star 關注