tomcat8 源码分析 | 组件及启动过程

tomcat 8 源码分析 ，本文主要讲解tomcat拥有哪些组件，容器，又是如何启动的

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tomcat

简介

​ Tomcat是Apache 软件基金会（Apache Software Foundation）的Jakarta 项目中的一个核心项目，Tomcat服务器是一个免费的开放源代码的Web 应用服务器，属于轻量级应用服务器。

整体架构

首先我们先看一张图

看上图总结一下tomcat的组件主要包括:

• server：整个servlet容器，一个tomcat对应一个server，一个server包含多个service

  server在tomcat中的实现类是：StandardServer

• service： 一个service包含多个connector（接受请求的协议），和一个container（容器）

  多个connector共享一个container容器，

  service在tomcat中的实现类是：StandardService

• connector：链接器，负责处理客户端请求，解析不同协议及io方式

• executor：线程池

• container：包含engine，host，context，wrapper等组件

• engine：servlet引擎，container容器中顶层的容器对象，一个engine可以包含多个host主机

  engine在tomcat中的实现类是：StandardEngine

• host：engine容器的子容器，一个host对应一个网络域名，一个host包含多个context

  host在tomcat中的实现类是：StandardHost

• context：host容器的子容器，表示一个web应用

  context在tomcat中的实现类是：StandardContext

• wrapper：tomcat中最小的容器单元，表示web应用中的servlet

  wrapper在tomcat中的实现类是：StandardWrapper

所以tomcat的组件结构大概是这个样子的：

生命周期：Lifecycle

tomcat的启动过程非常规范，使用Lifecycle接口统一管理各组件的生命周期，根据各个组件之间的父子级关系，首先调用init()方法逐级初始化各组件，然后在调用start()的方法进行启动；

Lifecycle接口提供的方法如下，提供了init，start，destory等方法：

tomcat中的组件基本都继承了LifecycleMBeanBase类，LifecycleMBeanBase集成LifecycleBase，LifecycleBase实现Lifecycle接口：

LifecycleBase重写Lifecycle接口，比如init()方法，在init()方法中调用initInternal()方法，initInternal()方法是抽象方法，具体实现交由各个子类（组件）去实现。如果没有实现initInternal()方法，则调用默认的LifecycleMBeanBase的initInternal方法。

启动过程

接下来从源码看一下tomcat的启动流程：

bootstrap

tomcat的入口类为BootStrap的main方法

Bootstrap中main()方法如下,不重要的代码省略了

/**
 * Main method and entry point when starting Tomcat via the provided
 * scripts.
 *
 * @param args Command line arguments to be processed
 */
public static void main(String args[]) {
        .....
        //初始化    
        bootstrap.init();
        .....
        if (command.equals("startd")) {
            args[args.length - 1] = "start";
            //实例化各组件 调用Catalina类的load方法
            daemon.load(args);
            //启动各组件 调用Catalina类的start方法
            daemon.start();
        }
		.....
}

bootstrap.init()的工作是初始化Bootstrap类，包含初始化类加载器

/**
 * Initialize daemon.
 * @throws Exception Fatal initialization error
 */
public void init() throws Exception {
    //初始化类加载
    initClassLoaders();
    ......
	//实例化Catalina类
    Class<?> startupClass = catalinaLoader.loadClass("org.apache.catalina.startup.Catalina");
    Object startupInstance = startupClass.getConstructor().newInstance();
   	......
    catalinaDaemon = startupInstance;

}

Catalina

接着调用刚初始化的Catalina类的实例catalinaDaemon的load()方法，重要的就两点

/**
 * Start a new server instance.
 */
public void load() {
    .....
    // Digester... 实例化组件
    Digester digester = createStartDigester();
	.....加载server.xml......
    file = configFile();
    inputStream = new FileInputStream(file);
    inputSource = new InputSource(file.toURI().toURL().toString());
    ......
	// 初始化sever
    getServer().init();
}

Digester

Digester是一种将xml转化为java对象的事件驱动型工具，通过读取xml文件，当识别到特定的节点的时候会执行特定的动作，创建java对象或者执行对象的某个方法

通过Digester去创建了Catania中的大量初始化工作，具体详见源码：

// 创建server实例
digester.addObjectCreate("Server",
                         "org.apache.catalina.core.StandardServer",
                         "className");
//创建Executor
digester.addObjectCreate("Server/Service/Executor",
                         "org.apache.catalina.core.StandardThreadExecutor",
                         "className");
...等等大量初始化工作...

接着讲，getServer().init()方法的作用是初始化Sever，调用LifecycleBase的init()方法，在init方法中调用的是StandardServer类initInternal()方法

StandardServer

StandardServer类图如下：

StandardServer类initInternal()方法：

/**
 * Invoke a pre-startup initialization. This is used to allow connectors
 * to bind to restricted ports under Unix operating environments.
 */
@Override
protected void initInternal() throws LifecycleException {

    super.initInternal();
	...省略很多，但是主要的在下面...
    // Initialize our defined Services
    for (int i = 0; i < services.length; i++) {
        //调用services的init
        services[i].init();
    }
}

前面的时候讲过一个server初始化多个services；

StandardService

services[i].init();初始化的是StandardService类，类图如下

StandardService的initInternal() 方法的工作是初始化engine组件，初始化线程池，初始化mapperListener，初始化connector

/**
 * Invoke a pre-startup initialization. This is used to allow connectors
 * to bind to restricted ports under Unix operating environments.
 */
@Override
protected void initInternal() throws LifecycleException {

    super.initInternal();
	//初始化engine
    engine.init();
    //初始化线程池
    // Initialize any Executors
    for (Executor executor : findExecutors()) {
        if (executor instanceof JmxEnabled) {
            ((JmxEnabled) executor).setDomain(getDomain());
        }
        executor.init();
    }
    //初始化mapperListener
    // Initialize mapper listener
    mapperListener.init();
	//初始化connector
    connector.init();
     
}

初始化executor，mapperListener，connector后面再讲其作用，先接初始化engine

StandardEngine

StandardEngine的类图如下：

在StandardEngine的初始化中并没有直接调用host的初始化，而是调用的父类containerBase的initInternal的方法：

//StandardEngine
@Override
protected void initInternal() throws LifecycleException {
    // Ensure that a Realm is present before any attempt is made to start
    // one. This will create the default NullRealm if necessary.
    getRealm();
    super.initInternal();
}
//containerBase
 @Override
 protected void initInternal() throws LifecycleException {
        BlockingQueue<Runnable> startStopQueue = new LinkedBlockingQueue<>();
        startStopExecutor = new ThreadPoolExecutor(
                getStartStopThreadsInternal(),
                getStartStopThreadsInternal(), 10, TimeUnit.SECONDS,
                startStopQueue,
                new StartStopThreadFactory(getName() + "-startStop-"));
        startStopExecutor.allowCoreThreadTimeOut(true);
        super.initInternal();
    }

host的init是在start阶段去做的，所以后面再说

executor

executor.init();默认调用LifecycleMBeanBase的initInternal方法

mapperListener

mapperListener.init();也默认调用LifecycleMBeanBase的initInternal方法

connector

connector的初始化调用Connector类的initInternal方法，主要是new了一个CoyoteAdapter，初始化protocolHandler

@Override
protected void initInternal() throws LifecycleException {

    super.initInternal();

    // 实例化 CoyoteAdapter 适配器
    adapter = new CoyoteAdapter(this);
    protocolHandler.setAdapter(adapter);
	......
    try {
        //初始化 protocolHandler
        protocolHandler.init();
    } catch (Exception e) {
        throw new LifecycleException(
                sm.getString("coyoteConnector.protocolHandlerInitializationFailed"), e);
    }
}

ProtocolHandler.init();的实现：

AbstractProtocol是调用endpoint的init方法，这个方法中调用bind()

@Override
public void init() throws Exception {
   //初始化endpoint
   endpoint.init();
}

bind()针对不同的io类型提供了三种的默认实现

进入NioEndpoint类的bind()

/**
 * Initialize the endpoint.
 */
@Override
public void bind() throws Exception {
	//使用nio方式监听端口
    if (!getUseInheritedChannel()) {
        serverSock = ServerSocketChannel.open();
        socketProperties.setProperties(serverSock.socket());
        InetSocketAddress addr = (getAddress()!=null?new InetSocketAddress(getAddress(),getPort()):new InetSocketAddress(getPort()));
        serverSock.socket().bind(addr,getAcceptCount());
    } 
    //设置非阻塞
    serverSock.configureBlocking(true); //mimic APR behavior
	......
    //开启selectorPool
    selectorPool.open();
}

start过程

tomcat的start阶段与init阶段相似，都是逐层调用，稍有不同的是在于engine，host，context，wrapper的启动方式；

首先回到Bootstrap的main方法中，继续执行Catalina类的start()，在start()方法中调getServer().start();

调用LifecycleBase类的start()方法，在这个方法中调动StandardServer类实现的startInternal()，在这个类中继续调用service的star()方法，以此类推逐层start调用，直到调用engine的start()，我们看下engine的start()方法，在看下StandardEngine的类图:

StandardEngine的startInternal()调用ContainerBase的startInternal()

/**
 * Start this component and implement the requirements
 * of {@link org.apache.catalina.util.LifecycleBase#startInternal()}.
 *
 * @exception LifecycleException if this component detects a fatal error
 *  that prevents this component from being used
 */
@Override
protected synchronized void startInternal() throws LifecycleException {

 	......
    // Start our child containers, if any
    Container children[] = findChildren();
    List<Future<Void>> results = new ArrayList<>();
    for (int i = 0; i < children.length; i++) {
        results.add(startStopExecutor.submit(new StartChild(children[i])));
    }
	......
}

findChildren()的方法找到的是engine容器的子容器然后在new StartChild(children[i])中调用子类容器的start()；使用这种方式依次启动子容器