前言

大家好，我是老马。很高兴遇到你。

我们希望实现最简单的 http 服务信息，可以处理静态文件。

如果你想知道 servlet 如何处理的，可以参考我的另一个项目：

手写从零实现简易版 tomcat minicat

netty 相关

如果你对 netty 不是很熟悉，可以读一下

Netty 权威指南-01-BIO 案例

Netty 权威指南-02-NIO 案例

Netty 权威指南-03-AIO 案例

Netty 权威指南-04-为什么选择 Netty？Netty 入门教程

手写 nginx 系列

如果你对 nginx 原理感兴趣，可以阅读：

从零手写实现 nginx-01-为什么不能有 java 版本的 nginx?

从零手写实现 nginx-02-nginx 的核心能力

从零手写实现 nginx-03-nginx 基于 Netty 实现

从零手写实现 nginx-04-基于 netty http 出入参优化处理

从零手写实现 nginx-05-MIME类型（Multipurpose Internet Mail Extensions，多用途互联网邮件扩展类型）

从零手写实现 nginx-06-文件夹自动索引

从零手写实现 nginx-07-大文件下载

从零手写实现 nginx-08-范围查询

从零手写实现 nginx-09-文件压缩

从零手写实现 nginx-10-sendfile 零拷贝

从零手写实现 nginx-11-file+range 合并

从零手写实现 nginx-12-keep-alive 连接复用

从零手写实现 nginx-13-nginx.conf 配置文件介绍

从零手写实现 nginx-14-nginx.conf 和 hocon 格式有关系吗？

从零手写实现 nginx-15-nginx.conf 如何通过 java 解析处理？

从零手写实现 nginx-16-nginx 支持配置多个 server

前言

我们上一篇文章中，使用 netty 优化我们的 io 模型。

对于请求和响应是基于自己的代码封装实现的。

但是 http 协议本身比较复杂，自己实现起来要耗费大量的时间。

那么，有没有现成的实现呢？

答案是 netty 已经帮我们封装好了。

核心代码

启动类

我们对启动类调整如下：

/**
 * netty 实现
 *
 * @author 老马啸西风
 * @since 0.2.0
 */
public class NginxServerNetty implements INginxServer {

    //basic ...

    @Override
    public void start() {
        // 服务器监听的端口号
        String host = InnerNetUtil.getHost();
        int port = nginxConfig.getHttpServerListen();

        EventLoopGroup bossGroup = new NioEventLoopGroup();
        //worker 线程池的数量默认为 CPU 核心数的两倍
        EventLoopGroup workerGroup = new NioEventLoopGroup();

        try {
            ServerBootstrap serverBootstrap = new ServerBootstrap();
            serverBootstrap.group(bossGroup, workerGroup)
                    .channel(NioServerSocketChannel.class)
                    .childHandler(new ChannelInitializer<SocketChannel>() {
                        @Override
                        protected void initChannel(SocketChannel ch) throws Exception {
                            ChannelPipeline p = ch.pipeline();

                            p.addLast(new HttpRequestDecoder()); // 请求消息解码器
                            p.addLast(new HttpObjectAggregator(65536)); // 目的是将多个消息转换为单一的request或者response对象
                            p.addLast(new HttpResponseEncoder()); // 响应解码器
                            p.addLast(new ChunkedWriteHandler()); // 目的是支持异步大文件传输
                            // 业务逻辑
                            p.addLast(new NginxNettyServerHandler(nginxConfig));
                        }
                    })
                    .option(ChannelOption.SO_BACKLOG, 128)
                    .childOption(ChannelOption.SO_KEEPALIVE, true);

            // Bind and start to accept incoming connections.
            ChannelFuture future = serverBootstrap.bind(port).sync();

            log.info("[Nginx4j] listen on http://{}:{}", host, port);

            // Wait until the server socket is closed.
            future.channel().closeFuture().sync();
        } catch (InterruptedException e) {
            // 省略...
        }
    }

}

NginxNettyServerHandler 业务逻辑

这个类可以变得非常简单

/**
 * netty 处理类
 * @author 老马啸西风
 * @since 0.2.0
 */
public class NginxNettyServerHandler extends SimpleChannelInboundHandler<FullHttpRequest> {

    //...

    @Override
    protected void channelRead0(ChannelHandlerContext ctx, FullHttpRequest request) throws Exception {
        logger.info("[Nginx] channelRead writeAndFlush start request={}", request);

        // 分发
        final NginxRequestDispatch requestDispatch = nginxConfig.getNginxRequestDispatch();
        FullHttpResponse response = requestDispatch.dispatch(request, nginxConfig);

        // 结果响应
        ChannelFuture lastContentFuture = ctx.writeAndFlush(response);
        //如果不支持keep-Alive，服务器端主动关闭请求
        if (!HttpUtil.isKeepAlive(request)) {
            lastContentFuture.addListener(ChannelFutureListener.CLOSE);
        }
        logger.info("[Nginx] channelRead writeAndFlush DONE response={}", response);
    }

    @Override
    public void channelReadComplete(ChannelHandlerContext ctx) throws Exception {
        ctx.flush();
    }

    @Override
    public void exceptionCaught(ChannelHandlerContext ctx, Throwable cause) throws Exception {
        logger.error("[Nginx] exceptionCaught", cause);
        ctx.close();
    }

}

分发处理

分发处理的逻辑，主要是构建响应内容。

我们先实现最基本的能力：

    /**
     * 内容的分发处理
     *
     * @param requestInfoBo 请求
     * @param nginxConfig   配置
     * @return 结果
     * @author 老马啸西风
     */
    public FullHttpResponse dispatch(final FullHttpRequest requestInfoBo, final NginxConfig nginxConfig) {
        // 消息解析不正确
        /*如果无法解码400*/
        if (!requestInfoBo.decoderResult().isSuccess()) {
            log.warn("[Nginx] base request for http={}", requestInfoBo);
            return buildCommentResp(null, HttpResponseStatus.BAD_REQUEST, requestInfoBo, nginxConfig);
        }

        final String basicPath = nginxConfig.getHttpServerRoot();
        final String path = requestInfoBo.uri();

        boolean isRootPath = isRootPath(requestInfoBo, nginxConfig);
        // 根路径
        if(isRootPath) {
            log.info("[Nginx] current req meet root path");
            String indexContent = nginxConfig.getNginxIndexContent().getContent(nginxConfig);
            return buildCommentResp(indexContent, HttpResponseStatus.OK, requestInfoBo, nginxConfig);
        }

        // other
        String fullPath = FileUtil.buildFullPath(basicPath, path);
        if(FileUtil.exists(fullPath)) {
            String fileContent = FileUtil.getFileContent(fullPath);
            return buildCommentResp(fileContent, HttpResponseStatus.OK, requestInfoBo, nginxConfig);
        }  else {
            return buildCommentResp(null, HttpResponseStatus.NOT_FOUND, requestInfoBo, nginxConfig);
        }
    }

核心逻辑：

1）如果请求体解析失败，直接返回。

2）根路径，则返回 index 内容

3）否则解析处理文件内容，不存在则返回 404

resp 构建的方法暂时简单实现如下，后续我们会持续改进

    /**
     * String format = "HTTP/1.1 200 OK\r\n" +
     *                 "Content-Type: text/plain\r\n" +
     *                 "\r\n" +
     *                 "%s";
     *
     * @param rawText 原始内容
     * @param status 结果枚举
     * @param request 请求内容
     * @param nginxConfig 配置
     * @return 结果
     * @author 老马啸西风
     */
    protected FullHttpResponse buildCommentResp(String rawText,
                                            final HttpResponseStatus status,
                                            final FullHttpRequest request,
                                            final NginxConfig nginxConfig) {
        String defaultContent = status.toString();
        if(StringUtil.isNotEmpty(rawText)) {
            defaultContent = rawText;
        }

        // 构造响应
        FullHttpResponse response = new DefaultFullHttpResponse(HttpVersion.HTTP_1_1,
                status, Unpooled.copiedBuffer(defaultContent, CharsetUtil.UTF_8));
        // 头信息
        // TODO: 根据文件变化
        response.headers().set(HttpHeaderNames.CONTENT_TYPE, "text/plain; charset=UTF-8");
        response.headers().set(HttpHeaderNames.CONTENT_LENGTH, response.content().readableBytes());
        //如果request中有KEEP ALIVE信息
        if (HttpUtil.isKeepAlive(request)) {
            response.headers().set(HttpHeaderNames.CONNECTION, HttpHeaderValues.KEEP_ALIVE);
        }

        return response;
    }

小结

本节我们使用 netty 简化出入参的处理。

但是响应的构建还不够完善，我们下一节来一起优化一下响应的处理。

我是老马，期待与你的下次重逢。

开源地址

为了便于大家学习，已经将 nginx 开源

https://github.com/houbb/nginx4j

内置类介绍

这里我们来一起简单看下几个内置的处理类。

HttpRequestDecoder & HttpResponseEncoder

在Netty中，HttpRequestDecoder 和 HttpResponseEncoder 是两个非常重要的HTTP编解码器，它们用于处理HTTP协议的编码和解码工作。

下面是这两个类的详细介绍：

HttpRequestDecoder

HttpRequestDecoder 是一个用于解码HTTP请求的处理器。它实现了 HttpServerCodec 接口，该接口是Netty提供的用于HTTP服务器端的编解码器。HttpRequestDecoder 负责将接收到的字节码（ByteBuf）解码成HTTP请求消息（HttpRequest），并将它们传递给pipeline中的下一个处理器。

主要功能：

  • 解码请求行：解码HTTP请求的第一行，即请求行，它包含请求方法（如GET、POST）、URI和HTTP版本。
  • 解码请求头：解码随后的请求头，这些头包含了关于请求的附加信息，如Host、User-Agent、Content-Length等。
  • 解码请求体：如果请求中包含请求体（例如POST请求），HttpRequestDecoder 也会解码这部分内容。
  • 聚合HTTP碎片：在HTTP协议中，一个完整的请求可能被分成多个消息发送。HttpRequestDecoder 可以聚合这些消息，形成一个完整的HTTP请求。

HttpResponseEncoder

HttpResponseEncoder 是一个用于编码HTTP响应的处理器。

它同样实现了 HttpServerCodec 接口，负责将HTTP响应消息（HttpResponse）编码为字节码（ByteBuf），以便发送给客户端。

主要功能：

  • 编码响应行：编码HTTP响应的第一行，即状态行，它包含HTTP版本、状态码和状态消息。
  • 编码响应头：编码响应头，这些头包含了关于响应的附加信息，如Content-Type、Content-Length、Set-Cookie等。
  • 编码响应体：将HTTP响应体（如果存在）编码为字节码。
  • 支持分块编码：对于支持HTTP分块传输编码的请求，HttpResponseEncoder 可以对响应体进行分块编码。

使用场景

这两个编解码器通常在Netty的HTTP服务器pipeline中一起使用。

HttpRequestDecoder 用于解码客户端发送的请求，而 HttpResponseEncoder 用于编码服务器生成的响应。

示例配置

在Netty服务器的初始化代码中，你可能会看到类似以下的pipeline配置：

ServerBootstrap b = new ServerBootstrap();
b.group(bossGroup, workerGroup)
 .channel(NioServerSocketChannel.class)
 .childHandler(new ChannelInitializer<SocketChannel>() {
     @Override
     protected void initChannel(SocketChannel ch) {
         ChannelPipeline p = ch.pipeline();
         p.addLast("decoder", new HttpRequestDecoder());
         p.addLast("encoder", new HttpResponseEncoder());
         p.addLast("aggregator", new HttpObjectAggregator(512 * 1024));
         // 其他handler...
     }
 });

在这个例子中，HttpRequestDecoder 和 HttpResponseEncoder 被添加到pipeline中，分别用于请求的解码和响应的编码。

注意事项

  • HttpRequestDecoder 和 HttpResponseEncoder 默认配置对于大多数HTTP服务器应用来说已经足够，但在某些特定场景下，你可能需要调整它们的配置，如调整最大请求/响应大小、初始化缓冲区大小等。

  • 当处理HTTP/2时，Netty提供了专门的编解码器，如 Http2FrameCodec 和 Http2MultiplexCodec，这些编解码器需要与 HttpRequestDecoder 和 HttpResponseEncoder 结合使用。

通过使用这些编解码器，Netty能够高效地处理网络中的HTTP请求和响应，提供高性能的网络通信能力。

HttpObjectAggregator

HttpObjectAggregator 是Netty提供的用于处理HTTP协议的处理器，它属于HTTP服务器或客户端pipeline中的一个组件。这个处理器的主要作用是将多个HTTP消息（如请求行、请求头、请求体以及可能的文件上传部分）聚合成一个单一的HttpObject，通常是HttpRequest或HttpResponse对象。

主要功能：

  1. 消息聚合：HttpObjectAggregator 将接收到的多个分散的HTTP消息部分（例如，请求头和请求体）合并成一个完整的HTTP请求或响应对象。这对于客户端和服务器端都是很有用的，因为它简化了HTTP消息的处理。

  2. 设置最大内容长度：你可以为聚合器设置一个最大内容长度。如果接收到的HTTP实体的总长度超过了这个值，聚合器会抛出一个TooLongFrameException。

  3. 处理多种类型的HTTP消息：HttpObjectAggregator 能够处理不同类型的HTTP消息，包括但不限于HttpRequest、HttpResponse、HttpContent等。

  4. 与解码器和编码器协同工作：在HTTP服务器的pipeline中，HttpObjectAggregator 通常跟 HttpRequestDecoder 和 HttpResponseEncoder 结合使用。HttpRequestDecoder 负责解码HTTP消息，HttpObjectAggregator 负责将解码后的消息聚合，而 HttpResponseEncoder 负责将聚合后的响应消息编码后发送给客户端。

使用场景：

HttpObjectAggregator 主要用于以下几种场景：

  • 聚合HTTP请求：在服务器端，它将从客户端接收到的分散的HTTP请求消息聚合成完整的请求对象。
  • 聚合HTTP响应：在客户端，它将从服务器接收到的分散的HTTP响应消息聚合成完整的响应对象。
  • 处理大文件上传：对于包含文件上传的POST请求，HttpObjectAggregator 可以有效地处理大文件，因为它聚合了所有的HTTP内容片段。

示例配置：

在Netty的HTTP服务器pipeline中配置HttpObjectAggregator的示例代码如下：

ServerBootstrap b = new ServerBootstrap();
b.group(bossGroup, workerGroup)
 .channel(NioServerSocketChannel.class)
 .childHandler(new ChannelInitializer<SocketChannel>() {
     @Override
     protected void initChannel(SocketChannel ch) {
         ChannelPipeline p = ch.pipeline();
         p.addLast("decoder", new HttpRequestDecoder());
         p.addLast("encoder", new HttpResponseEncoder());
         // 设置最大聚合内容长度为5MB
         p.addLast("aggregator", new HttpObjectAggregator(5 * 1024 * 1024));
         // 其他handler...
     }
 });

在这个配置中，HttpObjectAggregator 被设置为最大聚合大小为5MB，这意味着它能够处理最大为5MB的HTTP实体。

注意事项：

  • 当设置HttpObjectAggregator的最大内容长度时，需要确保这个值能够满足应用程序的需求，同时避免因过大的请求导致的潜在的DoS攻击。

  • 在HTTP/2场景下，由于HTTP/2是流式的，HttpObjectAggregator的使用方式可能与HTTP/1.x略有不同。

  • HttpObjectAggregator 是Netty提供的HTTP服务器和客户端框架的一部分，它与其他HTTP处理器协同工作，提供了一个高效、灵活的方式来处理HTTP消息。

ChunkedWriteHandler

ChunkedWriteHandler 是Netty中的一个处理器，用于处理HTTP分块传输编码（chunked transfer encoding）。分块传输编码是HTTP协议中的一个特性，它允许服务器在知道整个响应内容长度之前就开始发送响应。这对于动态内容的生成特别有用，例如实时数据流、在线视频或音频播放，以及任何需要延迟生成响应内容的场景。

主要功能：

  1. 分块写入：ChunkedWriteHandler 可以将大的响应内容分割成多个小块，然后逐一发送。这种方式可以减少内存占用，因为不需要一次性将整个响应内容加载到内存中。

  2. 动态内容支持：对于动态生成的内容，如实时数据流，ChunkedWriteHandler 可以在内容生成的同时进行发送，而不必等待所有内容生成完毕后再发送。

  3. 编码HTTP响应：当使用分块传输编码时，ChunkedWriteHandler 会自动添加必要的HTTP头字段，如Transfer-Encoding: chunked，并正确地编码每个分块。

  4. 结束分块：在所有内容块发送完毕后，ChunkedWriteHandler 会发送一个特殊的“最后分块”（last chunk），其大小为0，以告知客户端响应内容已经结束。

  5. 与HttpObjectAggregator协同工作：在HTTP服务器pipeline中，ChunkedWriteHandler 通常与HttpObjectAggregator一起使用。HttpObjectAggregator用于聚合接收到的HTTP请求消息，而ChunkedWriteHandler用于处理发送的响应消息。

使用场景：

ChunkedWriteHandler 主要用于以下场景：

  • 动态内容生成：当服务器需要发送动态生成的内容，并且无法预先知道内容的总长度时。
  • 大文件传输：对于大文件的传输，使用分块传输编码可以避免一次性加载整个文件到内存中。
  • 流式数据传输：适用于需要实时传输数据的场景，如视频直播、在线会议等。

示例配置：

在Netty的HTTP服务器pipeline中配置ChunkedWriteHandler的示例代码如下：

ServerBootstrap b = new ServerBootstrap();
b.group(bossGroup, workerGroup)
 .channel(NioServerSocketChannel.class)
 .childHandler(new ChannelInitializer<SocketChannel>() {
     @Override
     protected void initChannel(SocketChannel ch) {
         ChannelPipeline p = ch.pipeline();
         p.addLast("decoder", new HttpRequestDecoder());
         p.addLast("encoder", new HttpResponseEncoder());
         p.addLast("aggregator", new HttpObjectAggregator(512 * 1024));
         // 添加ChunkedWriteHandler
         p.addLast("chunkedWriter", new ChunkedWriteHandler());
         // 其他handler...
     }
 });

在这个配置中，ChunkedWriteHandler 被添加到pipeline中，用于处理分块传输编码。

注意事项：

  • 当使用ChunkedWriteHandler时，确保客户端支持HTTP分块传输编码。大多数现代HTTP客户端都支持此特性。
  • 在HTTP/1.1中，分块传输编码是默认支持的。但在HTTP/2中，由于HTTP/2本身就是基于帧的流式协议，分块传输编码不再是必需的。
  • 使用ChunkedWriteHandler时，需要确保正确地关闭流，以发送最后一个空的分块，告知客户端响应结束。
  • 在某些情况下，如果能够预先知道内容长度，使用固定长度的传输可能会更高效，因为它允许客户端更快地分配资源并处理响应。

ChunkedWriteHandler 是Netty提供的一个强大工具，它为处理动态和流式内容提供了灵活性和高效性。

参考资料

https://www.cnblogs.com/luxiaoxun/p/3959450.html

https://www.cnblogs.com/carl10086/p/6185095.html

https://blog.csdn.net/suifeng3051/article/details/22800171

https://blog.csdn.net/sinat_34163739/article/details/108820355