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Tomcat 高級 IO 機制

Tomcat高級 IO 機制簡介

由于基于 APR 或 NIO API 來構建連接器,Tomcat 能在通常的阻塞 IO 之上提供一些擴展,從而支持 Servlet API。

重要說明:這些特性需要使用 APR 或 NIO HTTP 連接器。經典的 java.io HTTP 連接器 與 AJP 連接器并不支持它們。

Comet 支持

Comet 支持能讓 Servlet 實現:對 IO 的異步處理;當連接可以讀取數據時,接收事件(而不是總使用阻塞讀?。?;將數據異步地寫入連接(很可能是響應其他一些源所產生的事件)。

1. Comet 事件

根據發生的具體事件,實現 org.apache.catalina.comet.CometProcessor 接口的 Servlet 將調用自己的事件方法,而非通常的服務方法。事件對象允許訪問常見的請求與響應對象,使用方式與通常方式相同。主要的區別在于:在處理 BEGIN 事件到 END 或 ERROR 事件之間,這些事件對象能夠保持有效和完整的功能性。事件類型如下:

  • EventType.BEGIN 在連接處理開始時被調用,用來初始化使用了請求和響應對象的相關字段。從處理完該事件后直到 END 或 ERROR 事件開始處理時的這段時間內,有可能使用響應對象在開放連接中寫入數據。注意,響應對象以及所依賴的 OutputStream 和 Writer 仍不能同步,因此在通過多個線程訪問它們時,需要進行強制實現同步操作。處理完初始化事件后,就可以提交請求對象了。
  • EventType.READ 該事件表明可以使用輸入數據,讀取過程不會阻塞??梢允褂?InputStream 或 Reader 的 available 和 ready 方法來確定是否存在阻塞危險:當數據被報告可讀時,Servlet 應該進行讀取。當讀取遇到錯誤時,Servlet 可以通過正確傳播 Exception 屬性來報告這一情況。拋出異常會導致 ERROR 事件的調用,連接就會關閉。另外,也有可能捕獲一個異常,在 Servlet 可能使用的數據結構上進行清理,然后使用事件的 close 方法。不允許從 Servlet 對象執行方法外部去讀取數據。
  • 在一些平臺(比如 Windows)上,利用 READ 事件來表示客戶端斷開連接。從流中讀取的結果可能是 -1、IOException 異?;?EOFException 異常。一定要正確處理這些情況。如果你沒有捕捉到 IOException 異常,那么當 Tomcat 捕獲到異常時,它會立刻調用你的事件隊列生成一個 ERROR 事件來存儲這些錯誤,并且你會馬上收到這個消息。
  • EventType.END 請求處理完畢時,就會調用 END 方法。Begin 方法初始化的字段也將被重置。在處理完這一事件后,請求和響應對象,以及它們所依賴的對象,都將被回收,以便再去處理其他請求。當數據可讀取時,以及到達請求輸入的文件末尾時(這通常表明客戶端通過管線提交請求),也會調用 END。
  • EventType.ERROR:當連接上出現 IO 異?;蝾愃频牟豢苫厥盏腻e誤時,容器就會調用 ERROR。在開始時候被初始化的字段在這時候被重置。在處理完這一事件后,請求和響應對象,以及它們所依賴的對象,都將被回收,以便再去處理其他請求。

下面是一些事件子類別,通過它們可以對事件處理過程進行微調(注意:其中有些事件可能需要使用 org.apache.catalina.valves.CometConnectionManagerValve 值):

  • EventSubType.TIMEOUT: 連接超時(ERROR 的子類別)。注意,這個 ERROR 子類型并不是必須的。除非 servlet 使用該事件的 close 方法,否則連接將不會關閉。
  • EventSubType.CLIENT_DISCONNECT:客戶端連接被關閉(ERROR 的子類別)。
  • EventSubType.IOEXCEPTION:表示發生了 IO 異常(比如無效內容),例如無效的塊阻塞(ERROR 的子類別)。
  • EventSubType.WEBAPP_RELOAD:重新加載 Web 應用(END 的子類別)。
  • EventSubType.SESSION_END:Servlet 終止了會話(END 的子類別)。

如上所述,Comet 請求的典型生命周期會包含一系列的事件:BEGIN -> READ -> READ -> READ -> ERROR/TIMEOUT。任何時候,Servlet 都能用事件的 close 方法來終止對請求的處理。

2. Comet 過濾器

跟一般的過濾器一樣,當處理 Comet 事件時,就會調用一個過濾器隊列。這些過濾器應該實現 CometFilter 接口(和常用的過濾器接口一樣),在部署描述符文件中的聲明與映像也都和通常的過濾器一樣。當過濾器隊列在處理事件時,它將只含有那些跟所有通常映射規則相匹配的過濾器,并且這些過濾器要實現 CometFilter 接口。

3. 范例代碼

在下面的范例偽碼中,通過使用上文所述的 API,Servlet 實現了異步聊天功能。

public class ChatServlet
    extends HttpServlet implements CometProcessor {

    protected ArrayList connections =
        new ArrayList();
    protected MessageSender messageSender = null;

    public void init() throws ServletException {
        messageSender = new MessageSender();
        Thread messageSenderThread =
            new Thread(messageSender, "MessageSender[" + getServletContext().getContextPath() + "]");
        messageSenderThread.setDaemon(true);
        messageSenderThread.start();
    }

    public void destroy() {
        connections.clear();
        messageSender.stop();
        messageSender = null;
    }

    /**
     * Process the given Comet event.
     *
     * @param event The Comet event that will be processed
     * @throws IOException
     * @throws ServletException
     */
    public void event(CometEvent event)
        throws IOException, ServletException {
        HttpServletRequest request = event.getHttpServletRequest();
        HttpServletResponse response = event.getHttpServletResponse();
        if (event.getEventType() == CometEvent.EventType.BEGIN) {
            log("Begin for session: " + request.getSession(true).getId());
            PrintWriter writer = response.getWriter();
            writer.println("");
            writer.println("JSP Chat
");
 writer.flush();
            synchronized(connections) {
                connections.add(response);
            }
        } else if (event.getEventType() == CometEvent.EventType.ERROR) {
            log("Error for session: " + request.getSession(true).getId());
            synchronized(connections) {
                connections.remove(response);
            }
            event.close();
        } else if (event.getEventType() == CometEvent.EventType.END) {
            log("End for session: " + request.getSession(true).getId());
            synchronized(connections) {
                connections.remove(response);
            }
            PrintWriter writer = response.getWriter();
            writer.println("

");
            event.close();
        } else if (event.getEventType() == CometEvent.EventType.READ) {
            InputStream is = request.getInputStream();
            byte[] buf = new byte[512];
            do {
                int n = is.read(buf); //can throw an IOException
                if (n > 0) {
                    log("Read " + n + " bytes: " + new String(buf, 0, n)
                            + " for session: " + request.getSession(true).getId());
                } else if (n < 0) {
                    error(event, request, response);
                    return;
                }
            } while (is.available() > 0);
        }
    }

    public class MessageSender implements Runnable {

        protected boolean running = true;
        protected ArrayList messages = new ArrayList();

        public MessageSender() {
        }

        public void stop() {
            running = false;
        }

        /**
         * Add message for sending.
         */
        public void send(String user, String message) {
            synchronized (messages) {
                messages.add("[" + user + "]: " + message);
                messages.notify();
            }
        }

        public void run() {

            while (running) {

                if (messages.size() == 0) {
                    try {
                        synchronized (messages) {
                            messages.wait();
                        }
                    } catch (InterruptedException e) {
                        // Ignore
                    }
                }

                synchronized (connections) {
                    String[] pendingMessages = null;
                    synchronized (messages) {
                        pendingMessages = messages.toArray(new String[0]);
                        messages.clear();
                    }
                    // Send any pending message on all the open connections
                    for (int i = 0; i < connections.size(); i++) {
                        try {
                            PrintWriter writer = connections.get(i).getWriter();
                            for (int j = 0; j < pendingMessages.length; j++) {
                                writer.println(pendingMessages[j] + "
");
                            }
                            writer.flush();
                        } catch (IOException e) {
                            log("IOExeption sending message", e);
                        }
                    }
                }

            }

        }

    }

}

4. Comet 超時

如果使用 NIO 連接器,你可以為不同的 comet 連接設置單獨的超時。只需設置一個如下所示的請求屬性即可設置超時:

CometEvent event.... event.setTimeout(30*1000);

event.getHttpServletRequest().setAttribute("org.apache.tomcat.comet.timeout", new Integer(30 * 1000));

超時被設置為 30 秒。重要說明:為了設置超時,必須完成 BEGIN 事件。默認值為 soTimeout。

如果使用 APR 連接器,所有的 Comet 連接將擁有統一的超時值:soTimeout*50。

異步寫操作

當 APR 或 NIO 可用時,Tomcat 支持使用 sendfile 方式去發送大型靜態文件。只要系統負載一增加,就會異步地高效執行寫操作。作為一種使用阻塞寫操作發送大型響應的替代方式,有可能使用 sendfile 代碼來將內容寫入靜態文件。緩存值將利用這一點將響應數據緩存至文件而非存儲在內存中。如果請求屬性 org.apache.tomcat.sendfile.support 設為 Boolean.TRUE,則表示支持 sendfile。

通過合適的請求屬性,任何 Servlet 都可以指示 Tomcat 執行 sendfile 調用。正確地設置響應長度也是很有必要的。在使用 sendfile 時,最好確定請求與響應都沒有被包裝起來。因為稍后連接器本身將發送響應主體,所以不能夠過濾響應主體。除了設置 3 個所需的請求屬性之外,Servlet 不應該發送任何響應數據,但能使用一些能夠修改響應報頭的方法(比如設定 cookie)。

  • org.apache.tomcat.sendfile.filename 作為字符串發送的標準文件名。
  • org.apache.tomcat.sendfile.start開始位置偏移值,長整型值。
  • org.apache.tomcat.sendfile.end 結束位置偏移值,長整型值。

除了設置這些屬性,還有必要設置內容長度報頭。不要指望 Tomcat 來處理,因為你可能已經將數據寫入輸出流了。

注意,使用 sendfile 將禁止 Tomcat 可能在響應中執行的壓縮操作。

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