Tomcat中對(duì)靜態(tài)資源的處理教程
前言
Tomcat 中的請(qǐng)求都是由 Servlet 處理,靜態(tài)資源也不例外。在默認(rèn)的 web.xml 中,配置了一個(gè) DefaultServlet 用于處理靜態(tài)資源,它支持緩存和斷點(diǎn)續(xù)傳。
DefaultServlet 的基本處理過(guò)程如下:
- 查找資源是否存在緩存
- 檢查是否滿足可選 If 頭域指定的條件
- 設(shè)置響應(yīng)頭域,如 Content-Type、Content-Length、ETag、Last-Modified
- 檢查是否滿足 Sendfile 的條件,否則將內(nèi)容拷貝到輸出流中
接下來(lái)主要分析資源緩存的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn),以及 If 頭域的處理。
1. 資源緩存的設(shè)計(jì)
訪問(wèn)磁盤(pán)的速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于訪問(wèn)內(nèi)存的速度,所以適當(dāng)?shù)木彺嬉徊糠朱o態(tài)資源能夠讓系統(tǒng)快速響應(yīng)。
Tomcat 在 6.0.53 版本實(shí)現(xiàn)靜態(tài)資源的處理時(shí),借助了 JNDI 的一些 API(但在使用時(shí)感覺(jué)與 JNDI 的關(guān)系不大),相關(guān)類(lèi)圖及核心方法和屬性如下:
緩存相關(guān)的類(lèi):
- ResourceCache: 緩存實(shí)現(xiàn),提供了資源查找、加載、銷(xiāo)毀的功能
- CacheEntry: 一個(gè)緩存條目,包含緩存名稱(chēng),如 /tomcat.gif,資源和資源的屬性以及對(duì)應(yīng)的目錄
資源目錄相關(guān)的類(lèi)是:
- EmptyDirContext: 主要用于嵌入式模式,行為就像沒(méi)有可用資源一樣
- FileDirContext: 基于文件系統(tǒng)的資源目錄服務(wù)
- WARDirContext: 基于 war 文件的目錄服務(wù)
- Resource: 封裝了資源內(nèi)容,主要有字節(jié)數(shù)據(jù)和輸入流
- ResourceAttributes: 資源屬性,主要有內(nèi)容長(zhǎng)度和最后修改時(shí)間
- ProxyDirContext: 資源緩存和目錄服務(wù)的代理,提供查找資源緩存、校驗(yàn)緩存是否過(guò)期等功能
默認(rèn)情況下,緩存最大為 10 MB,單個(gè)緩存資源最大為 512 KB,緩存的 TTL 為 5s。
一般的,在 Mapper 映射到處理靜態(tài)資源的 Wrapper 時(shí),會(huì)引起資源的加載,基本的方法調(diào)用情況如下:
Mapper.map(MessageBytes, MessageBytes, MappingData) └─Mapper.internalMap(CharChunk, CharChunk, MappingData) └─Mapper.internalMapWrapper(Mapper$Context, CharChunk, MappingData) └─ProxyDirContext.lookup(String) └─ProxyDirContext.cacheLookup(String) └─ResourceCache.lookup(String) └─ResourceCache.find(CacheEntry[], String)
緩存資源插入內(nèi)部數(shù)組時(shí)是有序的,find 方法就是通過(guò)資源名二分查找緩存,資源名就是請(qǐng)求路徑,此時(shí)有兩種情況,緩存命中和未命中。
緩存未命中,在 cacheLookup 方法中會(huì)新建一個(gè) CacheEntry 對(duì)象,調(diào)用 cacheLoad 方法加入到 ResourceCache 的緩存數(shù)組中,加入前會(huì)對(duì)緩存條目進(jìn)行以下操作:
- 獲取并初始化緩存資源屬性,主要是文件的 contentLength 和 lastModified
- 如果文件長(zhǎng)度小于 512KB,那么將文件內(nèi)容加載到內(nèi)存中
- 標(biāo)記緩存存在,設(shè)置緩存時(shí)間戳
緩存命中,會(huì)對(duì)緩存條目進(jìn)行校驗(yàn):
- 檢查是否過(guò)期,當(dāng)前時(shí)間大于緩存條目設(shè)置的時(shí)間戳
- 如果過(guò)期,再檢查資源內(nèi)容是否修改
- 如果修改,清除這個(gè)緩存,讀取最新內(nèi)容
以上就是資源緩存簡(jiǎn)單的處理過(guò)程。
2. If 頭域的處理
客戶端接收并緩存請(qǐng)求的資源,,當(dāng)再次請(qǐng)求此資源時(shí),服務(wù)端根據(jù)特定的請(qǐng)求頭域來(lái)驗(yàn)證資源是否修改,沒(méi)有變動(dòng),則只返回一個(gè) 304 Not Modified 響應(yīng),否則返回資源的內(nèi)容,從而節(jié)省帶寬。
用于資源驗(yàn)證的頭域有兩種,分別是:Last-Modified+If-Modified-Since 和 ETag+If-None-Match。
Last-Modified+If-Modified-Since,單位是秒,這個(gè)容易理解,如果服務(wù)端資源的最后修改時(shí)間小于 If-Modified-Since 的值,表示資源無(wú)變動(dòng)。與 If-Modified-Since 對(duì)應(yīng)的有個(gè) If-Unmodified-Since,它類(lèi)似一個(gè)斷言,小于此時(shí)間戳的資源才返回,大于等于的話會(huì)返回 412 Precondition Failed 的錯(cuò)誤。
使用時(shí)間戳校驗(yàn)有幾個(gè)弊端:
- 文件有可能只改變修改時(shí)間,內(nèi)容不變
- 文件在秒以下的時(shí)間修改無(wú)法判斷
- 服務(wù)器可能不能精確獲取文件的最后修改時(shí)間。
因此,HTTP 引入了 ETag。ETag(Entity Tags) 資源唯一標(biāo)識(shí),可看做服務(wù)端為資源生成的一個(gè) Token,用于校驗(yàn)資源是否修改。HTTP 只規(guī)定 ETag 要放在雙引號(hào)內(nèi),沒(méi)有規(guī)定內(nèi)容是什么或者要怎么實(shí)現(xiàn),Tomcat 生成 ETag 的邏輯是 "W/\"" + contentLength + "-" + lastModified + "\""
,其中 'W/' 表示大小寫(xiě)敏感。
ETag+If-None-Match,If-None-Match 的值由一個(gè)或多個(gè) ETag 組成,多個(gè)以逗號(hào)分割,如果服務(wù)端資源的 ETag 與其中的任何一個(gè)都不匹配,表示請(qǐng)求的資源有修改;否則無(wú)變動(dòng)。它還有一個(gè)特殊值-星號(hào)(*),只在資源上傳時(shí)使用,通常是 PUT 方法,檢查是否已經(jīng)上傳過(guò)。
此外 If-None-Match 的優(yōu)先級(jí)高于 If-Modified-Since,也就是說(shuō),存在 If-None-Match 就不對(duì)最后修改時(shí)間進(jìn)行校驗(yàn)。與 If-None-Match 相對(duì)的有個(gè) If-Match,它也類(lèi)似斷言,只有資源的 ETag 匹配時(shí)才認(rèn)為沒(méi)有修改,通常用于斷點(diǎn)續(xù)傳。
Tomcat 實(shí)現(xiàn)此部分的核心代碼如下:
// 返回 true 是才認(rèn)為資源有變動(dòng) protected boolean checkIfHeaders(HttpServletRequest request, HttpServletResponse response,ResourceAttributes resourceAttributes) throws IOException { return checkIfMatch(request, response, resourceAttributes) && checkIfModifiedSince(request, response, resourceAttributes) && checkIfNoneMatch(request, response, resourceAttributes) && checkIfUnmodifiedSince(request, response, resourceAttributes); }
2.1 一次請(qǐng)求流程
以請(qǐng)求 /main.css 靜態(tài)資源為例,第一次請(qǐng)求響應(yīng)頭信息如下:
HTTP/1.1 200 OK Server: Apache-Coyote/1.1 Accept-Ranges: bytes ETag: W/"72259-1557127244000" Last-Modified: Mon, 06 May 2019 07:20:44 GMT Content-Type: text/css Content-Length: 72259 Date: Mon, 06 May 2019 07:20:57 GMT
第二次請(qǐng)求時(shí),首先看一下請(qǐng)求頭域關(guān)鍵信息:
Cache-Control:max-age=0 Connection:keep-alive Host:localhost:8080 If-Modified-Since:Mon, 06 May 2019 07:20:44 GMT If-None-Match:W/"72259-1557127244000"
服務(wù)器收到請(qǐng)求后就會(huì)比對(duì) ETag,這里匹配成功,表示資源沒(méi)有修改,響應(yīng)如下:
HTTP/1.1 304 Not Modified Server: Apache-Coyote/1.1 ETag: W/"72259-1557127244000" Date: Mon, 06 May 2019 07:21:46 GMT
注意:在復(fù)現(xiàn)時(shí),要使用文本類(lèi)型,如果使用 Chrome 瀏覽器,記得開(kāi)啟緩存。
2.2 Accept-Ranges
在上文的響應(yīng)中,服務(wù)器設(shè)置了一個(gè) Accept-Ranges: bytes 頭,字面理解就是可以請(qǐng)求資源的一部分字節(jié),客戶端發(fā)現(xiàn)有這個(gè)頭時(shí),就可以嘗試斷點(diǎn)續(xù)傳。
解析過(guò)程就是對(duì) HTTP 規(guī)范的實(shí)現(xiàn),這里不在具體分析了,規(guī)范詳細(xì)信息可查看 RFC7233#section-2.3.
3. SendFile 的處理
檢查是否支持 SendFile,NIO 模式下支持此操作,也就是零拷貝,此操作會(huì)減少一次到應(yīng)用內(nèi)存的拷貝,直接從內(nèi)核將數(shù)據(jù)寫(xiě)入通道。Tomcat 在文件大小大于 48KB 時(shí)會(huì)嘗試使用此方式發(fā)送。
4. 小結(jié)
Tomcat 對(duì)靜態(tài)資源處理的實(shí)現(xiàn)還是比較完善的,但還是略遜色于 Nginx 這類(lèi) Web 服務(wù)器,因?yàn)樗鼈兡苤苯犹幚盱o態(tài)資源,而 Tomcat 還要多做一次映射。一般的都會(huì)進(jìn)行動(dòng)靜分離,讓 Tomcat 專(zhuān)注處理動(dòng)態(tài)請(qǐng)求。
總結(jié)
以上就是這篇文章的全部?jī)?nèi)容了,希望本文的內(nèi)容對(duì)大家的學(xué)習(xí)或者工作具有一定的參考學(xué)習(xí)價(jià)值,謝謝大家對(duì)腳本之家的支持。
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