在《Tomcat 对 HTTP 协议的实现（上）》一文中，对请求的解析进行了分析，接下来对 Tomcat 生成响应的设计和实现继续分析。本文首发于（微信公众号：顿悟源码）
一般 Servlet 生成响应的代码是这样的：
protected void service(HttpServletRequest req, HttpServletResponse resp)
throws ServletException, IOException {
resp.setContentType("text/html");
resp.setCharacterEncoding("utf-8");
PrintWriter writer = resp.getWriter();
writer.println("<html><head><title>Demo</title></head>");
writer.println("<body><div>Hello World!</div></body>");
writer.println("</html>");
writer.flush();
writer.close();
}
像生成响应头和响应体并写入缓冲区，最后写入通道，这些都由 Tomcat 来做，来看下它是怎么设计的（可右键直接打开图片查看大图）：
上图大部分类都是相对的，可与请求处理分析中的描述对比理解。重点还是理解 ByteChunk，它内部有一个 byte[] 数组引用，用于输入时，引用的 InternalNioInputBuffer 内的数组，表示一个字节序列的视图；用于输出时，会 new 一个可扩容的数组对象，存储响应体数据。
以上面的代码为例，分析一下，相关类的方法调用，上面的代码生成的是一种动态内容，会使用 chunked 传输编码：
1. 存储响应体数据
调用图中，ByteChunk 调用 append 方法后，为了直观理解，就直接写入了发送缓冲区，真实情况不是这样，只有内部缓冲区满了，或者主动调用 flush、close 才会实际写入和发送，来看下 append 方法的代码：
public void append( byte src[], int off, int len )
throws IOException {
makeSpace( len ); // 扩容，高版本已去掉
// 写入长度超过最大容量，直接往底层数组写
// 如果底层数组也超了，会直接往通道写
if ( optimizedWrite && len == limit && end == start
&& out != null ) {
out.realWriteBytes( src, off, len );
return;
}
// 如果 len 小于剩余空间，直接写入
if( len <= limit - end ) {
System.arraycopy( src, off, buff, end, len );
end+=len;
return;
}
// 否则就循环把长 len 的数据写入下层的缓冲区
int avail=limit-end;
System.arraycopy(src, off, buff, end, avail);
end += avail;
// 把现有数据写入下层缓冲区
flushBuffer();
// 循环写入 len 长的数据
int remain = len - avail;
while (remain > (limit - end)) {
out.realWriteBytes( src, (off + len) - remain, limit - end );
remain = remain - (limit - end);
}
System.arraycopy(src, (off + len) - remain, buff, end, remain);
end += remain;
}
逻辑就是，首先写入自己的缓冲区，满了或不足使用 realWriteBytes 再写入下层的缓冲区中，下层的缓冲区实际就是 NioChannel 中的 WriteBuffer，写入之前首先会把响应头写入 InternalNioInputBuffer 内部的 HeaderBuffer，再提交到 WriteBuffer 中，接着就会调用响应的编码处理器写入响应体，编码处理通常有两种：identity 和 chunked。
2. identity 写入
当明确知道要响应资源的大小，比如一个css文件，并且调用了 resp.setContentLength(1) 方法时，就会使用 identity 写入指定长度的内容，核心代码就是 IdentityOutputFilter 的 doWrite 方法，这里不在贴出，唯一值得注意的是，它内部的 buffer 引用是 InternalNioInputBuffer 内部的 SocketOutputBuffer。
3. chunked 写入
当不确定长度时，会使用 chunked 传输编码，跟解析相反，就是要生成请求分析一文中介绍的 chunked 协议传输格式，写入逻辑如下：
public int doWrite(ByteChunk chunk, Response res)
throws IOException {
int result = chunk.getLength();
if (result <= 0) {
return 0;
}
// 生成 chunk-header
// 从7开始，是因为chunkLength后面两位已经是
了
int pos = 7;
// 比如 489 -> 1e9 -> ['1','e','9'] -> [0x31,0x65,0x39]
// 生成 chunk-size 编码，将 int 转为16进制字符串的形式
int current = result;
while (current > 0) {
int digit = current % 16;
current = current / 16;
chunkLength[pos--] = HexUtils.HEX[digit];
}
chunkHeader.setBytes(chunkLength, pos + 1, 9 - pos);
// 写入 chunk-szie 包含
buffer.doWrite(chunkHeader, res);
// 写入实际数据 chunk-data
buffer.doWrite(chunk, res);
chunkHeader.setBytes(chunkLength, 8, 2);
// 写入
buffer.doWrite(chunkHeader, res);
return result;
}
所有数据块写入完成后，最后再写入一个大小为0的 chunk，格式为 0 。至此整个写入完毕。
4. 阻塞写入通道
上层所有数据的实际写入，最后都是由 InternalNioInputBuffer 的 writeToSocket 方法完成，代码如下：
private synchronized int writeToSocket(ByteBuffer bytebuffer,
boolean block, boolean flip) throws IOException {
// 切换为读模式
if ( flip ) bytebuffer.flip();
int written = 0;// 写入的字节数
NioEndpoint.KeyAttachment att = (NioEndpoint.KeyAttachment)
socket.getAttachment(false);
if ( att == null ) throw new IOException("Key must be cancelled");
long writeTimeout = att.getTimeout();
Selector selector = null;
try { // 获取模拟阻塞使用的 Selector
// 通常是单例的 NioBlockingSelector
selector = getSelectorPool().get();
} catch ( IOException ignore ) { }
try {
// 阻塞写入
written = getSelectorPool().write(bytebuffer, socket, selector,
writeTimeout, block,lastWrite);
do {
if (socket.flush(true,selector,writeTimeout,lastWrite)) break;
}while ( true );
}finally {
if ( selector != null ) getSelectorPool().put(selector);
}
if ( block ) bytebuffer.clear(); //only clear
this.total = 0;
return written;
}
模拟阻塞的具体实现，已在 Tomcat 对 NIO 模型实现一文中介绍，这里不再赘述。
5. 缓冲区设计
缓冲区直接关系到内存使用的大小，还影响着垃圾收集。在整个HTTP处理过程中，总共有以下几种缓冲区：
- NioChannel 中的读写 ByteBuffer
- NioInputBuffer 和 NioOutputBuffer 内部使用的消息头字节数组
- ByteChunk 用于写入响应体时内部使用的字节数组
- 解析请求参数时，如果长度过小会使用内部缓存的一个 byte[] 数组，否则新建
以上缓冲区均可重复利用。
6. 小结
为了更好的理解HTTP的解析，尽可能的使用简洁的代码仿写了这部分功能。
源码地址：https://github.com/tonwu/rxtomcat 位于 rxtomcat-http 模块