Tomcat架構(gòu)及啟動(dòng)過程是怎樣的

這篇文章主要講解了“Tomcat架構(gòu)及啟動(dòng)過程是怎樣的”，文中的講解內(nèi)容簡單清晰，易于學(xué)習(xí)與理解，下面請(qǐng)大家跟著小編的思路慢慢深入，一起來研究和學(xué)習(xí)“Tomcat架構(gòu)及啟動(dòng)過程是怎樣的”吧！

Tomcat-9.0.0.M22 是 Tomcat 目前最新的版本，但尚未發(fā)布，它實(shí)現(xiàn)了 Servlet4.0 及 JSP2.3 并提供了很多新特性，需要  1.8 及以上的 JDK 支持等等，詳情請(qǐng)查閱 Tomcat-9.0-doc

Tomcat-9.0-dochttps://tomcat.apache.org/tomcat-9.0-doc/index.html

Overview

• Bootstrap 作為 Tomcat 對(duì)外界的啟動(dòng)類,在 $CATALINA_BASE/bin 目錄下，它通過反射創(chuàng)建 Catalina  的實(shí)例并對(duì)其進(jìn)行初始化及啟動(dòng)。

• Catalina 解析 $CATALINA_BASE/conf/server.xml 文件并創(chuàng)建  StandardServer、StandardService、StandardEngine、StandardHost 等

• StandardServer 代表的是整個(gè) Servlet 容器，他包含一個(gè)或多個(gè) StandardService

• StandardService 包含一個(gè)或多個(gè) Connector，和一個(gè) Engine，Connector 和 Engine 都是在解析  conf/server.xml 文件時(shí)創(chuàng)建的，Engine 在 Tomcat 的標(biāo)準(zhǔn)實(shí)現(xiàn)是 StandardEngine

• MapperListener 實(shí)現(xiàn)了 LifecycleListener 和 ContainerListener  接口用于監(jiān)聽容器事件和生命周期事件。該監(jiān)聽器實(shí)例監(jiān)聽所有的容器，包括  StandardEngine、StandardHost、StandardContext、StandardWrapper，當(dāng)容器有變動(dòng)時(shí)，注冊(cè)容器到  Mapper。

• Mapper 維護(hù)了 URL 到容器的映射關(guān)系。當(dāng)請(qǐng)求到來時(shí)會(huì)根據(jù) Mapper 中的映射信息決定將請(qǐng)求映射到哪一個(gè)  Host、Context、Wrapper。

• Http11NioProtocol 用于處理 HTTP/1.1 的請(qǐng)求

• NioEndpoint 是連接的端點(diǎn)，在請(qǐng)求處理流程中該類是核心類，會(huì)重點(diǎn)介紹。

• CoyoteAdapter 用于將請(qǐng)求從 Connctor 交給 Container 處理。使 Connctor 和 Container 解耦。

• StandardEngine 代表的是 Servlet 引擎，用于處理 Connector 接受的 Request。包含一個(gè)或多個(gè) Host(虛擬主機(jī)),  Host 的標(biāo)準(zhǔn)實(shí)現(xiàn)是 StandardHost。

• StandardHost 代表的是虛擬主機(jī)，用于部署該虛擬主機(jī)上的應(yīng)用程序。通常包含多個(gè) Context (Context 在 Tomcat  中代表應(yīng)用程序)。Context 在 Tomcat 中的標(biāo)準(zhǔn)實(shí)現(xiàn)是 StandardContext。

• StandardContext 代表一個(gè)獨(dú)立的應(yīng)用程序，通常包含多個(gè) Wrapper，一個(gè) Wrapper 容器封裝了一個(gè)  Servlet，Wrapper的標(biāo)準(zhǔn)實(shí)現(xiàn)是 StandardWrapper。

• StandardPipeline 組件代表一個(gè)流水線，與 Valve(閥)結(jié)合，用于處理請(qǐng)求。 StandardPipeline 中含有多個(gè) Valve，  當(dāng)需要處理請(qǐng)求時(shí)，會(huì)逐一調(diào)用 Valve 的 invoke 方法對(duì) Request 和 Response 進(jìn)行處理。特別的，其中有一個(gè)特殊的 Valve 叫  basicValve,每一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)容器都有一個(gè)指定的 BasicValve，他們做的是最核心的工作。

• StandardEngine 的是 StandardEngineValve，他用來將 Request 映射到指定的 Host;

• StandardHost 的是 StandardHostValve, 他用來將 Request 映射到指定的 Context;

• StandardContext 的是 StandardContextValve，它用來將 Request 映射到指定的 Wrapper;

• StandardWrapper 的是 StandardWrapperValve，他用來加載 Rquest 所指定的 Servlet,并調(diào)用 Servlet  的 Service 方法。

Tomcat init

• 當(dāng)通過 ./startup.sh 腳本或直接通過 java 命令來啟動(dòng) Bootstrap 時(shí)，Tomcat 的啟動(dòng)過程就正式開始了，啟動(dòng)的入口點(diǎn)就是  Bootstrap 類的 main 方法。

• 啟動(dòng)的過程分為兩步，分別是 init 和 start，本節(jié)主要介紹 init;

• 初始化類加載器。[關(guān)于 Tomcat 類加載機(jī)制，可以參考我之前寫的一片文章：談?wù)凧ava類加載機(jī)制]

1. 通過從 CatalinaProperties 類中獲取 common.loader 等屬性，獲得類加載器的掃描倉庫。CatalinaProperties  類在的靜態(tài)塊中調(diào)用了 loadProperties() 方法，從 conf/catalina.properties  文件中加載了屬性.(即在類創(chuàng)建的時(shí)候?qū)傩跃鸵呀?jīng)加載好了)。

2. 通過 ClassLoaderFactory 創(chuàng)建 URLClassLoader 的實(shí)例

• 通過反射創(chuàng)建 Catalina 的實(shí)例并設(shè)置 parentClassLoader

• setAwait(true)。設(shè)置 Catalina 的 await 屬性為 true。在 Start 階段尾部，若該屬性為 true，Tomcat 會(huì)在  main 線程中監(jiān)聽 SHUTDOWN 命令，默認(rèn)端口是 8005.當(dāng)收到該命令后執(zhí)行 Catalina 的 stop() 方法關(guān)閉 Tomcat  服務(wù)器。

• createStartDigester()。Catalina 的該方法用于創(chuàng)建一個(gè) Digester 實(shí)例，并添加解析 conf/server.xml 的  RuleSet。Digester 原本是 Apache 的一個(gè)開源項(xiàng)目，專門解析 XML 文件的，但我看 Tomcat-9.0.0.M22 中直接將這些類整合到  Tomcat 內(nèi)部了，而不是引入 jar 文件。Digester 工具的原理不在本文的介紹范圍，有興趣的話可以參考 The Digester Component  – Apache 或 《How Tomcat works》- Digester [推薦] 一章

• parse() 方法就是 Digester 處理 conf/server.xml  創(chuàng)建各個(gè)組件的過程。值的一提的是這些組件都是使用反射的方式來創(chuàng)建的。特別的，在創(chuàng)建 Digester 的時(shí)候，添加了一些特別的 rule  Set，用于創(chuàng)建一些十分核心的組件，這些組件在 conf/server.xml 中沒有但是其作用都比較大，這里做下簡單介紹，當(dāng) Start  時(shí)用到了再詳細(xì)說明：

1. EngineConfig。LifecycleListener 的實(shí)現(xiàn)類,觸發(fā) Engine  的生命周期事件后調(diào)用，這個(gè)監(jiān)聽器沒有特別大的作用，就是打印一下日志

2. HostConfig。LifecycleListener 的實(shí)現(xiàn)類，觸發(fā) Host 的生命周期事件后調(diào)用。這個(gè)監(jiān)聽器的作用就是部署應(yīng)用程序，這包括  conf/

   // 目錄下所有的 Context xml 文件 和 webapps 目錄下的應(yīng)用程序，不管是 war  文件還是已解壓的目錄。 另外后臺(tái)進(jìn)程對(duì)應(yīng)用程序的熱部署也是由該監(jiān)聽器負(fù)責(zé)的。

3. ContextConfig。LifecycleListener 的實(shí)現(xiàn)類，觸發(fā) Context  的生命周期事件時(shí)調(diào)用。這個(gè)監(jiān)聽器的作用是配置應(yīng)用程序，它會(huì)讀取并合并 conf/web.xml 和 應(yīng)用程序的 web.xml，分析  /WEB-INF/classes/ 和 /WEB-INF/lib/*.jar中的 Class 文件的注解，將其中所有的  Servlet、ServletMapping、Filter、FilterMapping、Listener 都配置到 StandardContext  中，以備后期使用。當(dāng)然了 web.xml 中還有一些其他的應(yīng)用程序參數(shù)，最后都會(huì)一并配置到 StandardContext 中。

• reconfigureStartStopExecutor() 用于重新配置啟動(dòng)和停止子容器的 Executor。默認(rèn)是 1 個(gè)線程。我們可以配置  conf/server.xml 中 Engine 的 startStopThreads，來指定用于啟動(dòng)和停止子容器的線程數(shù)量，如果配置 0 的話會(huì)使用  Runtime.getRuntime().availableProcessors() 作為線程數(shù)，若配置為負(fù)數(shù)的話會(huì)使用  Runtime.getRuntime().availableProcessors() + 配置值，若和小與 1 的話，使用 1 作為線程數(shù)。當(dāng)線程數(shù)是 1  時(shí)，使用 InlineExecutorService 它直接使用當(dāng)前線程來執(zhí)行啟動(dòng)停止操作，否則使用 ThreadPoolExecutor  來執(zhí)行，其最大線程數(shù)為我們配置的值。

• 需要注意的是 Host 的 init 操作是在 Start 階段來做的， StardardHost 創(chuàng)建好后其 state 屬性的默認(rèn)值是  LifecycleState.NEW，所以在其調(diào)用 startInternal() 之前會(huì)進(jìn)行一次初始化。

Tomcat Start[Deployment]

• 圖中從 StandardHost Start StandardContext 的這步其實(shí)在真正的執(zhí)行流程中會(huì)直接跳過，因?yàn)?conf/server.xml  文件中并沒有配置任何的 Context，所以在 findChildren() 查找子容器時(shí)會(huì)返回空數(shù)組，所以之后遍歷子容器來啟動(dòng)子容器的 for  循環(huán)就直接跳過了。

• 觸發(fā) Host 的 BEFORE_START_EVENT 生命周期事件，HostConfig 調(diào)用其 beforeStart() 方法創(chuàng)建  $CATALINA_BASE/webapps& $CATALINA_BASE/conf/

  // 目錄。

• 觸發(fā) Host 的 START_EVENT 生命周期事件，HostConfig 調(diào)用其 start() 方法開始部署已在  $CATALINA_BASE/webapps & $CATALINA_BASE/conf/

  // 目錄下的應(yīng)用程序。

1. 解析 $CATALINA_BASE/conf/

   // 目錄下所有定義 Context 的 XML 文件，并添加到  StandardHost。這些 XML 文件稱為應(yīng)用程序描述符。正因?yàn)槿绱?，我們可以配置一個(gè)虛擬路徑來保存應(yīng)用程序中用到的圖片，詳細(xì)的配置過程請(qǐng)參考  開發(fā)環(huán)境配置指南 – 6.3. 配置圖片存放目錄

2. 部署 $CATALINA_BASE/webapps 下所有的 WAR 文件，并添加到 StandardHost。

3. 部署 $CATALINA_BASE/webapps 下所有已解壓的目錄，并添加到 StandardHost。

特別的，添加到 StandardHost 時(shí)，會(huì)直接調(diào)用 StandardContext 的 start() 方法來啟動(dòng)應(yīng)用程序。啟動(dòng)應(yīng)用程序步驟請(qǐng)看  Context Start 一節(jié)。

• 在 StandardEngine 和 StandardContext 啟動(dòng)時(shí)都會(huì)調(diào)用各自的 threadStart()  方法，該方法會(huì)創(chuàng)建一個(gè)新的后臺(tái)線程來處理該該容器和子容器及容器內(nèi)各組件的后臺(tái)事件。StandardEngine  會(huì)直接創(chuàng)建一個(gè)后臺(tái)線程，StandardContext 默認(rèn)是不創(chuàng)建的，和 StandardEngine 共用同一個(gè)。后臺(tái)線程處理機(jī)制是周期調(diào)用組件的  backgroundProcess() 方法。詳情請(qǐng)看 Background process 一節(jié)。

• MapperListener

1. addListeners(engine) 方法會(huì)將該監(jiān)聽器添加到 StandardEngine 和它的所有子容器中

2. registerHost() 會(huì)注冊(cè)所有的 Host 和他們的子容器到 Mapper 中，方便后期請(qǐng)求處理時(shí)使用。

3. 當(dāng)有新的應(yīng)用(StandardContext)添加進(jìn)來后，會(huì)觸發(fā) Host 的容器事件，然后通過 MapperListener 將新應(yīng)用的映射注冊(cè)到  Mapper 中。

• Start 工作都做完以后 Catalina 會(huì)創(chuàng)建一個(gè) CatalinaShutdownHook 并注冊(cè)到  JVM。CatalinaShutdownHook 繼承了 Thread,是 Catalina 的內(nèi)部類。其 run 方法中直接調(diào)用了 Catalina 的  stop() 方法來關(guān)閉整個(gè)服務(wù)器。注冊(cè)該 Thread 到 JVM 的原因是防止用戶非正常終止  Tomcat，比如直接關(guān)閉命令窗口之類的。當(dāng)直接關(guān)閉命令窗口時(shí)，操作系統(tǒng)會(huì)向 JVM 發(fā)送一個(gè)終止信號(hào)，然后 JVM 在退出前會(huì)逐一啟動(dòng)已注冊(cè)的  ShutdownHook 來關(guān)閉相應(yīng)資源。

Context Start

• StandRoot 類實(shí)現(xiàn)了 WebResourceRoot 接口，它容納了一個(gè)應(yīng)用程序的所有資源，通俗的來說就是部署到 webapps 目錄下對(duì)應(yīng)  Context 的目錄里的所有資源。因?yàn)槲覍?duì) Tomcat 的資源管理部分暫時(shí)不是很感興趣，所以資源管理相關(guān)類只是做了簡單了解，并沒有深入研究源代碼。

• resourceStart() 方法會(huì)對(duì) StandardRoot 進(jìn)行初始配置

• postWorkDirectory() 用于創(chuàng)建對(duì)應(yīng)的工作目錄  $CATALINA_BASE/work/

  //, 該目錄用于存放臨時(shí)文件。

• StardardContext 只是一個(gè)容器，而 ApplicationContext  則是一個(gè)應(yīng)用程序真正的運(yùn)行環(huán)境，相關(guān)類及操作會(huì)在請(qǐng)求處理流程看完以后進(jìn)行補(bǔ)充。

• StardardContext 觸發(fā) CONFIGURE_START_EVENT 生命周期事件，ContextConfig 開始調(diào)用  configureStart() 對(duì)應(yīng)用程序進(jìn)行配置。

1. 這個(gè)過程會(huì)解析并合并 conf/web.xml & conf/

   //web.xml.default &  webapps//WEB-INF/web.xml 中的配置。

2. 配置配置文件中的參數(shù)到 StandardContext, 其中主要的包括 Servlet、Filter、Listener。

3. 因?yàn)閺?Servlet3.0 以后是直接支持注解的，所以服務(wù)器必須能夠處理加了注解的類。Tomcat 通過分析 WEB-INF/classes/ 中的  Class 文件和 WEB-INF/lib/ 下的 jar 包將掃描到的 Servlet、Filter、Listerner 注冊(cè)到  StandardContext。

4. setConfigured(true)，是非常關(guān)鍵的一個(gè)操作，它標(biāo)識(shí)了 Context 的成功配置，若未設(shè)置該值為 true 的話，Context  會(huì)啟動(dòng)失敗。

Background process

• 后臺(tái)進(jìn)程的作用就是處理一下 Servlet 引擎中的周期性事件，處理周期默認(rèn)是 10s。

• 特別的 StandardHost 的 backgroundProcess() 方法會(huì)觸發(fā) Host 的 PERIODIC_EVENT 生命周期事件。然后  HostConfig 會(huì)調(diào)用其 check() 方法對(duì)已加載并進(jìn)行過重新部署的應(yīng)用程序進(jìn)行 reload  或?qū)π虏渴鸬膽?yīng)用程序進(jìn)行熱部署。熱部署跟之前介紹的部署步驟一致， reload() 過程只是簡單的順序調(diào)用  setPause(true)、stop()、start()、setPause(false)，其中 setPause(true)  的作用是暫時(shí)停止接受請(qǐng)求。

How to read excellent open source projects

真正的第一次閱讀開源項(xiàng)目源代碼，收獲還是很大的。讓我在架構(gòu)設(shè)計(jì)、面向?qū)ο笏枷?、設(shè)計(jì)模式、Clean  Code等等各個(gè)方面都有了進(jìn)步。閱讀優(yōu)秀的開源項(xiàng)目其實(shí)是一件很爽的事，因?yàn)闀r(shí)不時(shí)的會(huì)發(fā)現(xiàn)一個(gè)新的設(shè)計(jì)思路，然后不由自主的感嘆一聲居然還可以這樣!當(dāng)然了，讀的時(shí)候還是會(huì)有一些痛點(diǎn)的，比如說碰到一個(gè)變量，但是死活就是找不到初始化的位置，有時(shí)通過  Find Usage  工具可以找到，但有些找不到的只能從頭開始再過一邊源碼。有時(shí)碰到一個(gè)設(shè)計(jì)思路死活都想不明白為什么這樣設(shè)計(jì)等等，這種情況就只能通過分析更高一層的架構(gòu)來解決了等等。

下面我簡單分享一下我是如何閱讀開源項(xiàng)目源碼的。

• 先找一些介紹該項(xiàng)目架構(gòu)的書籍來看，項(xiàng)目架構(gòu)是項(xiàng)目核心中的核心，讀架構(gòu)讀的是高層次的設(shè)計(jì)思路，讀源碼讀的是低層次的實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)。有了高層次的設(shè)計(jì)思路做指導(dǎo)，源碼讀起來才會(huì)得心應(yīng)手，因?yàn)樽x的時(shí)候心里很清楚現(xiàn)在在讀的源碼在整個(gè)項(xiàng)目架構(gòu)中處于什么位置。我在讀  Tomcat 源碼之前先把 《How Tomcat works》 一書過了一邊，然后又看了一下 《Tomcat 架構(gòu)解析》 的第二章，對(duì) Tomcat  的架構(gòu)有了初步了解。(PS:《How Tomcat works》一書是全英文的，但讀起來非常流暢，雖然它是基于 Tomcat 4 和 5 的，但 Tomcat  架構(gòu)沒有非常大的變化，新版的 Tomcat 只是增加了一些組件，如果你要學(xué)習(xí) Tomcat 的話，首推這本書!)

• 如果實(shí)在找不到講架構(gòu)的書，那就自己動(dòng)手畫類圖吧!一般來說，開源項(xiàng)目都是為了提供服務(wù)的，我們把提供服務(wù)的流程作為主線來分析源代碼，這樣目的性會(huì)更強(qiáng)一些，將該流程中涉及到的類畫到類圖中，最后得到的類圖就是架構(gòu)!不過分析之前你要先找到流程的入口點(diǎn)，否則分析就無從開始。以  Tomcat 為例，他的主線流程大致可以分為 3 個(gè)：啟動(dòng)、部署、請(qǐng)求處理。他們的入口點(diǎn)就是 Bootstrap 類和 接受請(qǐng)求的 Acceptor  類!

• 有了閱讀思路我們下面來說說工具吧。我使用的閱讀工具是 IntelliJ IDEA，一款十分強(qiáng)大的 IDE，可能比較重量級(jí)，如果你有其他更加輕量級(jí)的  Linux 平臺(tái)源碼閱讀工具，可以推薦給我～

1. Structure  欄目可以自定義列出類中的域、方法，然后還可以按照繼承結(jié)構(gòu)對(duì)域和方法進(jìn)行分組，這樣就可以直接看出來域和方法是在繼承結(jié)構(gòu)中哪個(gè)類里定義的。當(dāng)你點(diǎn)擊方法和域時(shí)，還可以自動(dòng)滾動(dòng)到源代碼等等。

2. 在源代碼中 點(diǎn)擊右鍵 -> Diagrams -> show Diagram  可以顯示類的繼承結(jié)構(gòu)，圖中包含了該類所有的祖先和所有的接口。在該圖中選擇指定的父類和接口，點(diǎn)擊右鍵 -> show Implementations，  IDEA 會(huì)列出接口的實(shí)現(xiàn)類或該類的子類。

3. FindUsage、Go To Declaration 等等就不再多說了。

感謝各位的閱讀，以上就是“Tomcat架構(gòu)及啟動(dòng)過程是怎樣的”的內(nèi)容了，經(jīng)過本文的學(xué)習(xí)后，相信大家對(duì)Tomcat架構(gòu)及啟動(dòng)過程是怎樣的這一問題有了更深刻的體會(huì)，具體使用情況還需要大家實(shí)踐驗(yàn)證。這里是億速云，小編將為大家推送更多相關(guān)知識(shí)點(diǎn)的文章，歡迎關(guān)注！