手撕JavaWeb服务器01——对一个请求的简单响应

前言

2024年对于自己来说是一个新的开始，从今年开始我将会专注于技术能力的提升，以博客的方式记录自己成长的脚步。今年的主线就是这个专栏——手撕 JavaWeb 服务器系列。我将会以一个后端开发者的视角去探索 Web 服务器的底层运行机制，通过猜想->实践->验证的基本流程去学习，即以 JavaWeb 服务器所具备的各种能力，去猜想它的实现原理，然后通过实践去实现，最后去看看已有的开源项目（tomcat、jboss等）的源码并思考如此设计的原因。感兴趣的朋友可以关注一下，并在疑惑的地方提出您的宝贵意见，一起探讨进步！

从网络讲起

谈到 Web 服务器，就离不开网络。通常，我们需要先通过网络发送一个请求到 Web 服务器，Web 服务器根据我们的请求信息再通过网络返回对应的响应信息。信息是怎么通过网络传输地呢？接下来我们简单地聊一下（ps：讲的很浅，请耐心看完哈）

寄快递

我们可以把网络传输数据的过程想象成物流公司运送快递，其中的很多原理是相通的。对于普通人来说，快递是怎么包装、运输、拆卸的，他们不关心，他们只需要找到快递驿站去寄送快递和取快递。同样，对于web服务器来说，它只管从指定的地方去发送和取数据即可。
寄过快递的同学应该清楚，我们在寄快递的时候需要填写自己的地址和目的地地址，类比到服务器也是一样，需要指明数据的目的地。那么在网络中如何定位一个网络设备？

地址

相信这个问题难不倒大家，就是 ip 地址，我们可以通过 ip 地址去定位一个网络设备。这里我们也不做展开，有兴趣的同学可以自己去搜索相关的资料。我们可以把 ip 地址看作是网络中的 xxx 省 xxx 市 xxx 区，按照一定的规则可以通过这串字符定位到唯一的一个网络设备。
广义上来说，接入网络的设备都可以称作为网络设备，包括我们的个人电脑、手机、公司的服务器等等。找到了网络设备我们是不是就能直接发送数据了呢？

端口

答案是：否。在一个网络设备中往往存在多个进程，打个比方把同一台电脑中的 qq 和 微信 当作两个不同的进程。如果只通过 ip 地址去区分数据，那么我的 qq 的数据有可能发到微信，微信的也有可能发送到 qq。因此在 ip 地址的基础上，同一个网络设备还需要去区分该设备中的多个应用。那么如何区分呢？这个时候就要用到端口了。
端口，大家可以简单的理解为网络设备中派送数据的门口。每个进程守在一个门口前面，网络设备会对这些“门”进行编号，根据数据包上的端口号找到对应的门，把数据包丢过去。

Socket 编程

通过上面的叙述，我们知道了网络数据传输数据的逻辑过程，具体的实现有时间大家可以去研究一下，这里我们主要讲一下代码层面的东西。
既然我们需要守着一个端口，在 Java 里面我们怎么实现呢？

    public static void main(String[] args) throws IOException {
        //监听8080端口
        ServerSocket serverSocket = new ServerSocket(8080);
    }

在上面的程序中，我们可以通过创建 ServerSocket 类，并且在构造方法中传入端口号的方式去监听指定的端口。关于端口号，我们需要再解释一点，那就是它的取值范围，一般端口号的取值范围是 1到65535，用了 16 位二进制来表示端口号。

接收数据

现在我们已经监听了 8080 端口，我们如何获取传输过来的数据呢？

        ServerSocket serverSocket = new ServerSocket(8080);
        Socket accept = serverSocket.accept();
        InputStream inputStream = accept.getInputStream();
        int i;
        while((i=inputStream.read())!=-1){
            System.out.print((char)i);
        }

创建 serverSocket 对象之后，我们通过调用 accept() 方法去获取 Socket 对象，这个方法会阻塞等待直到有数据到达我们监听的端口。数据就被封装在 IO 流中，我们可以通过 Socket 对象去获取输入流获取，以操作输入流的方式去获取网络中的数据。

返回响应

同样，我们也可以通过操作输出流去向客户端返回响应的数据。

    public static void main(String[] args) throws IOException {
        ServerSocket serverSocket = new ServerSocket(8080);
        Socket accept = serverSocket.accept();
        InputStream inputStream = accept.getInputStream();
        byte[] bytes = new byte[1024];
        int i;
        //输出请求信息
        while((i=inputStream.read(bytes,0,bytes.length))!=-1){
            System.out.println(new String(bytes,0,i,StandardCharsets.UTF_8));
            if (i<1024){
                break;
            }
        }
        //响应内容
        String responseContext = "HTTP/1.1 200 OK\n" +
                "Content-Type: text/plain\n" +
                "Content-Length: 11\n" +
                "\n" +
                "hello world\n";
        OutputStream outputStream = accept.getOutputStream();
        outputStream.write(responseContext.getBytes(StandardCharsets.UTF_8));
        //清空缓存区，刷新到目的空间
        outputStream.flush();
        outputStream.close();
        inputStream.close();
    }

这段代码比较关键的地方就是 flush 方法，如果不调用这个方法，浏览器是不会立即得到响应信息的，该方法的作用就是将缓存区的数据立即返回。

上面就是我们本次博客要介绍的完整代码了。我们返回了一个 http 报文格式的响应信息，内容是 hello world。在启动项目之后，我们使用浏览器访问 http://localhost:8080/ 即可得到下面的结果

总结

1. 首先我们浅谈了一下在应用服务器，网络以及数据之间的关系
2. 然后我们通过 Java 代码的方式实现了对于指定端口数据的接收和响应

到这里，手撕 JavaWeb 服务器的第一篇就结束了，是不是很简单？接下来我将会一边学习，一边分享，然后将自己的学习感悟和心得以博客的方式分享出来，感兴趣的同学也可以关注我，以评论和私信的方式和我一起讨论。