web 容器的设计如何实现

Z时代
2024-01-10
分类：IT

web 容器的设计

开发一个web容器涉及很多不同方面不同层面的技术，例如通信层的知识，程序语言层面的知识等等，且一个可用的web容器是一个比较庞大的系统，要说清楚需要很长的篇幅，本文旨在介绍如何设计一个web容器，只探讨实现的思路，并不涉及过多的具体实现。把它分解划分成若干模块和组件，每个组件模块负责不同的功能，下图列出一些基本的组件，并将对每个组件进行介绍。

连接接收器

主要的职责就是监听是否有客户端套接字连接并接收socket，再将socket交由任务执行器（线程池）执行。不断从系统底层读取socket，做尽可能少的处理，再扔进线程池。为什么强调要做尽可能少的处理？这里关系到系统性能问题，过多的处理会严重影响吞吐量。因为一般只有一个接收器（一条线程负责套接字接收工作），所以它对每次接收处理的时间长短将很可能对整体性能产生影响。于是接收器所干的活都是非常少且简单的，仅仅维护了几个状态变量、流量控制闸门的累加操作、serverSocket的接收操作、设置接收到的socket的一些属性、将接收到的socket放入线程池以及一些异常处理。其他需要较长时间处理的逻辑就交给了线程池，例如对socket底层数据的读取，对http协议报文的解析及响应客户端的一些操作等等。

连接数控制器

对于一台机器而言，访问请求的总流量有高峰期且服务器有物理极限，为了保证web服务器不被冲垮我们需要采取一些措施进行保护预防，需要稍微说明的此处的流量更多的是指套接字的连接数，通过控制套接字连接个数来控制流量。其中一种有效的方法就是采取流量控制，它就像在流量的入口增加了一道闸门，闸门的大小决定了流量的大小，一旦达到最大流量将关闭闸门停止接收直到有空闲通道。计数器可用JDK的AQS框架实现。

套接字工厂

不同的使用场合可能需要不同的安全级别，例如在支付相关的交易就必须对信息加密后再发送，这其中还涉及到密钥协商的过程，而在另外一些普通场合则无需对报文加密。反应到应用层则是使用http与https的问题。

简单讲TLS\SSL协议给每次通信①提供认证服务，认证本次会话实体身份的合法性。②提供加密服务，强加密机制能保证通信过程中的消息不会被破译。③提供防篡改服务，利用Hash算法对消息进行签名，通过验证签名保证通信内容不被篡改。

http协议对应Socket，而https则对应SSLSocket。如何生成Socket及SSLSocket则交由套接字工厂。

任务定义器――Task

定义需要执行的任务，告诉线程池要执行什么样的任务。任务主要分为三点：处理socket并响应客户端、连接数计数器减一、关闭socket。其中对socket的处理是最重要也是最复杂的，它包括对底层socket字节流的读取、http协议请求报文的解析（请求行、请求头、请求体等信息的解析）、根据请求行解析得到路径去寻找相应主机上web项目的资源、根据处理的结果组装好http协议响应报文输出到客户端。

任务执行器

一个拥有最大最小线程数限制的线程池，之所以称之为“任务执行器”是因为线程池可以看做是启动了若干线程不断检测某个任务队列，一旦发现有需要执行的任务则执行。最大最小线程数限制、多余线程回收时间限制、超出最大线程数时线程池做出的拒绝动作等等。

报文读取

用于向操作系统底层读取来自客户端的报文并提供缓冲机制。报文复制到desBuf。

报文输出

用于向操作系统底层写入由web容器处理后的报文并提供缓冲机制。将报文outputBuf通过缓冲区写入到操作系统。

输入过滤器

在这个读取的过程中希望做一些额外的处理，并且这些额外处理可能是根据不同条件做不同的处理，考虑到程序解耦与扩展，于是引入过滤器。通过一层层的过滤器完成过滤操作后才能到desBuf，这个过程就像被加入了一道道处理关卡，经过关卡都会被执行相应操作，最终完成源数据到目的数据的操作。

输出过滤器

与输入过滤器功能类似，用于在报文输出的时候。

报文解析器

提供解析http协议各个部分的能力。

请求生成器

按照面向对象的思想，把每个请求过程中与请求相关的属性及协议字段等抽象成一个Request对象。包括请求行、请求头、请求体三部分信息，在处理过程中需要什么值可直接从request对象中获取。为实现servlet标准提供方便。

响应生成器

与请求相对应，需要一个响应对象生成器。包括响应行、响应头、响应体三部分信息，在处理结果相关值可直接设置到response对象中。为实现servlet标准提供方便。

地址映射器

地址映射器是请求与各个web项目、各个资源的路由器。一个请求的访问根据路径被映射找到响应的资源输出给请求客户端。

生命周期

为了进一步模块化，整个容器拥有很多组件，这些组件可能在不同的时刻需要做不同的事件，需要一个生命周期统一把所有组件管理起来。例如所有组件的启动、停止、关闭等操作都抽离由生命周期统一管理，就可以方便管理这些组件的生命周期。希望在某某状态事情发生之前之后做点什么？添加一个生命周期监听器即可优雅实现。

JMX管理器

系统运行状态的监控及管理，服务器性能、服务器相关参数的收集、JVM负载、web连接数、线程池、数据库连接池、缓存管理、配置文件重新加载等方面。可提供一些远程可视化管理，实时性高。同时也为分布式系统的管理提供了一个解决方案。

Web载入器

WebLoader用于加载web应用项目，一个web容器可能包含了若干个web应用。为了达到lib及servlet的隔离，对于每个web应用要使用不同的类加载器ClassLoader，且这些类加载器不是父子关系，以此达到class隔离效果，即一个web应用的lib不会被其他web应用使用。

会话管理器

会话管理器主要对session进行管理，包括：①生成sessionid，一般cookies或url未带jsessionid值则认为不存在会话，需要重新生成sessionid用作会话id。②很多客户端的会话都保存在服务器中，对于超时的会话要定期清理以确保服务器内存不会浪费。③对于一些重要的会话可以持久化到磁盘，需要时可重新加载到内存中使用。

运行日志

对运行时一些警告、异常、错误进行记录。

访问日志

访问日志一般会记录客户端的访问相关信息，包括客户端ip、请求时间、请求协议、请求方法、请求字节数、响应码、会话id、处理时间等等。访问日志可以统计访问用户的数量、访问时间分布等规律及个人爱好等等，这些数据可以帮助公司在运营策略上做出抉择。

安全管理器

Web项目运行在web容器平台上，这就好比将一个应用嵌入到一个平台上面运行，要使嵌入的程序能正常运行，首先平台要能安全正常运行。并且要最大程度做到平台不受嵌入的应用程序影响，两者在一定程度上达到隔离的效果。启动时通过-Djava.security.manager -Djava.security.policy==web.policy指定policy文件，此文件定义了各种权限。