Java使用NioSocket手动实现HTTP服务器

Z时代
2024-01-10
分类：IT

NioSocket简单复习

重要概念

NioSocket里面的三个重要概念：Buffer、Channel、Selector

Buffer为要传输的数据

Channel为传输数据的通道

Selector为通道的分配调度者

使用步骤

使用NioSocket实现通信大概如以下步骤：

ServerSocketChannel可以通过configureBlocking方法来设置是否采用阻塞模式，设置为false后就可以调用register注册Selector，阻塞模式下不可以用Selector。

注册后，Selector就可以通过select()来等待请求，通过参数设置等待时长，若传入参数0或者不传入参数，将会采用阻塞模式直到有请求出现。

接收到请求后Selector调用selectedKeys方法，返回SelectedKey集合。

SelectedKey保存了处理当前请求的Channel和Selector，并提供了不同的操作类型。四种操作属性：SelectedKey.OP_ACCEPT、SelectedKey.OP_CONNECT、SelectedKey.OP_READ、SelectedKey.OP_WRITE。

通过SelectedKey的isAcceptable、isConnectable、isReadable和isWritable来判断操作类型，并处理相应操作。

在相应的Handler中提取SelectedKey中的Channel和Buffer信息并执行相应操作。

实现HTTP

创建HttpServer类作为程序的主要入口


public class HttpServer {
  public static void main(String[] args) throws Exception{
    ServerSocketChannel serverSocketChannel = ServerSocketChannel.open();
    serverSocketChannel.socket().bind(new InetSocketAddress((8080)));
    serverSocketChannel.configureBlocking(false);
    Selector selector = Selector.open();
    // It must be ACCEPT, or it will throw exception
    serverSocketChannel.register(selector, SelectionKey.OP_ACCEPT);
    while(true){
      if (selector.select(3000) == 0){
        continue;
      }
      Iterator<SelectionKey> keyIter = selector.selectedKeys().iterator();
      while (keyIter.hasNext()){
        SelectionKey key = keyIter.next();
        new Thread(new HttpHandler(key)).run();
        keyIter.remove();
      }
    }
  }
}

以上代码的逻辑大致遵循着NioSocket的大概用法，其中serverSocketChannel使用register方法注册到selector仅是OP_ACCEPT，使用其他操作就会操作。但是并不是说不能进行其他操作，而是其他操作稍后实现。

在serverSocketChannel.configureBlocking(false)后，非阻塞模式启动。Server接收到请求后就会将记录了请求信息的key交给HttpHandler做详细处理，处理完就把key从迭代器里面remove掉。可以看到出来，HttpServer对请求里面的信息一概不知，这样才能成为一个出色的管理层，它管理着HttpHandler来处理请求。

既然选用了NioSocket这样的New IO，HttpHandler必然是多线程的实现（否则还有什么意义）。

创建HttpHandler来处理请求

对于来自HttpServer的不加工信息，HttpHandler必须要做全套，因此需要HttpHandler自己考虑好有没有中文乱码、Buffer大小是多少等等。HttpHandler大概框架如下即可：


class HttpHandler implements Runnable{
  private int bufferSize = 1024;
  private String localCharset = "UTF-8";
  private SelectionKey key;
  public HttpHandler(SelectionKey key){
    this.key = key;
  }
  public void handleAccept() throws IOException{}
  public void handleRead() throws IOException{}
  @Override
  public void run() {
    try {
      if(key.isAcceptable()){
        handleAccept();
      }
      if(key.isReadable()){
        handleRead();
      }
    }catch (IOException ex){
      ex.printStackTrace();
    }
  }
}

如上框架简单明了，重载run实现多线程，handleAccept和handleRead用于详细地处理相关操作，bufferSize规定Buffer大小，localCharset的设定提前防止中文乱码。

需要注意的是HttpServer里面，我们只注册了OP_ACCEPT这个操作，那么在HttpHandler里面只有isAcceptable()判定为真，那么handleRead()怎么办呢？我们会在handleAccept()注册好的：


  public void handleAccept() throws IOException{
    SocketChannel clientChannel =
        ((ServerSocketChannel)key.channel()).accept();
    clientChannel.configureBlocking(false);
    clientChannel.register(
        key.selector(), SelectionKey.OP_READ, ByteBuffer.allocate(bufferSize)
      );
  }

在handleAccept里面，我们先取得key里面的请求信息，如对应客户端的SocketChannel （SocketChannel需要ServerSocketChannel接受了后才有），接着就可以为SocketChannel注册OP_READ操作了，带上指定大小的Buffer。注册后，key可是isReadable()了，接下来则是在handleRead中对key进行解剖处理：（代码有点长，但大多是控制台输出和对字符串的拼接操作，看官可放心食用。）


  public void handleRead() throws IOException{
    SocketChannel sc = (SocketChannel)key.channel();
    ByteBuffer buffer = (ByteBuffer)key.attachment();
    buffer.clear();
    if (sc.read(buffer) == -1){
      sc.close();
    }else {
      buffer.flip();
      String receiveString = Charset.forName(localCharset).newDecoder().decode(buffer).toString();
      String[] requestMessage = receiveString.split("\r\n");
      for (String s: requestMessage){
        System.out.println(s);
        if (s.isEmpty()){
          break;
        }
      }
      String[] firstLine = requestMessage[0].split(" ");
      System.out.println();
      System.out.println("Method:\t"+ firstLine[0]);
      System.out.println("url:\t"+firstLine[1]);
      System.out.println("HTTP Version:\t" + firstLine[2]);
      System.out.println();
      StringBuilder sendString = new StringBuilder();
      sendString.append("HTTP/1.1 200 OK\r\n");
      sendString.append("Content-Type:text/html;Charset="+localCharset+"\r\n");
      sendString.append("\r\n");
      sendString.append("<html><head><title>SHOW</title></head></body>");
      sendString.append("Received:<br/>");
      for (String s : requestMessage){
        sendString.append(s + "<br/>");
      }
      sendString.append("</body></html>");
      buffer = ByteBuffer.wrap(sendString.toString().getBytes(localCharset));
      sc.write(buffer);
      sc.close();
    }
  }