Tomcat 原理分析

本文介绍: 按照 xml 的配置关系，server 的子元素是 service，service 的子元素是顶层容器 Engine，每层容器有持有自己的子容器，而这些元素都实现了生命周期管理的各个方法，因此就很容易的完成整个容器的启动、关闭等生命周期的管理。Tomcat 封装的、对外提供完整的、基于组件的 web 服务，包含 Connectors、Container 两个核心组件，以及多个功能组件，各个 Service 之间是独立的，但是共享同一 JVM 的资源；同时也会调用 JVM 的。，并设置相关的属性。

1、Tomcat 的组成

如下图：

Tomcat组成

Server： Tomcat 封装的、对外提供完整的、基于组件的 web 服务，包含 Connectors、Container 两个核心组件，以及多个功能组件，各个 Service 之间是独立的，但是共享同一 JVM 的资源；

Connector： Tomcat 与外部世界的连接器，监听固定端口接收外部请求，传递给 Container，并将 Container 处理的结果返回给外部；

Container： Catalina，Servlet 容器，内部有多层容器组成，用于管理 Servlet 生命周期，调用 servlet 相关方法。

Loader： 封装了 Java ClassLoader，用于 Container 加载类文件；

Realm： Tomcat 中为 web 应用程序提供访问认证和角色管理的机制；

JMX： Java SE 中定义技术规范，是一个为应用程序、设备、系统等植入管理功能的框架，通过 JMX 可以远程监控 Tomcat 的运行状态；

Jasper： Tomcat 的 Jsp 解析引擎，用于将 Jsp 转换成 Java 文件，并编译成 class 文件。

Session： 负责管理和创建 session，以及 Session 的持久化(可自定义)，支持 session 的集群。

Pipeline： 在容器中充当管道的作用，管道中可以设置各种 valve(阀门)，请求和响应在经由管道中各个阀门处理，提供了一种灵活可配置的处理请求和响应的机制。

Naming： 命名服务，JNDI， Java 命名和目录接口，是一组在 Java 应用中访问命名和目录服务的 API。命名服务将名称和对象联系起来，使得我们可以用名称访问对象，目录服务也是一种命名服务，对象不但有名称，还有属性。Tomcat 中可以使用 JNDI 定义数据源、配置信息，用于开发与部署的分离。

Container的组成：

Container的组成

Engine： Servlet 的顶层容器，包含一个或多个 Host 子容器；

Host： 虚拟主机，负责 web 应用的部署和 Context 的创建；

Context： Web 应用上下文，包含多个 Wrapper，负责 web 配置的解析、管理所有的 Web 资源；

Wrapper： 最底层的容器，是对 Servlet 的封装，负责 Servlet 实例的创建、执行和销毁。

2、Tomcat 的启动流程

Tomcat的启动流程

1、启动从 Tomcat 提供的 start.sh 脚本开始

我们点击这个：

点击

shell 脚本会调用 Bootstrap 的 main 方法，实际调用了 Catalina 相应的 load、start 方法。

实际上调用的方法

2、解析配置文件

然后 load 等方法会读取 conf 文件夹下的配置文件：

读取配置文件

在解析的过程中会根据 xml 中的关系和配置信息来创建容器，并设置相关的属性。接着 Catalina 会调用 StandardServer 的 init 和 start 方法进行容器的初始化和启动。

3、生命周期

按照 xml 的配置关系，server 的子元素是 service，service 的子元素是顶层容器 Engine，每层容器有持有自己的子容器，而这些元素都实现了生命周期管理的各个方法，因此就很容易的完成整个容器的启动、关闭等生命周期的管理。

4、监听端口

StandardServer 完成 init 和 start 方法调用后，会一直监听来自 8005 端口(可配置)，如果接收到 shutdown 命令，则会退出循环监听，执行后续的 stop 和 destroy 方法，完成 Tomcat 容器的关闭。同时也会调用 JVM 的 Runtime.getRuntime() .addShutdownHook 方法，在虚拟机意外退出的时候来关闭容器。

5、ContainerBase

所有容器都是继承自 ContainerBase，基类中封装了容器中的重复工作，负责启动容器相关的组件 Loader、Logger、Manager、Cluster、Pipeline，启动子容器(线程池并发启动子容器，通过线程池 submit 多个线程，调用后返回 Future 对象，线程内部启动子容器，接着调用 Future 对象的 get 方法来等待执行结果)。

3、Web 应用的部署方式

catalina.home 是 安装目录
catalina.base 是 工作目录 即 webapps

复制

Server.xml：

配置 Host 元素；
指定 appBase 属性；
配置 Context 元素；
指定 docBase 元素；
指定 web 应用的路径

HostConfig 监听了 StandardHost 容器的事件，在 start 方法中解析上述配置文件：

扫描并解析 webapps 下的所有文件夹和 war 包，解析各个应用的 META-INF / context.xml，并创建 StandardContext，并将 Context 加入到 Host 的子容器中。

jiexi

ContextConfig 解析 context.xml 顺序：

先解析全局的配置 config/context.xml

全局

然后解析 Host 的默认配置 EngineName/HostName/context.xml.default
最后解析应用的 META-INF/context.xml

在这里插入图片描述

ContextConfig 解析 web.xml 顺序：

先解析全局的配置 config/web.xml
然后解析 Host 的默认配置 EngineName/HostName/web.xml.default 接着解析应用的 WEB-INF/web.xml
扫描应用 WEB-INF/lib/下的 jar 文件，解析其中的 META-INF/web-fragment.xml 最后合并 xml 封装成 WebXml，并设置 Context

4、Servlet

Servlet 是用 Java 编写的服务器端程序。其主要功能在于交互式地浏览和修改数据，生成动态 Web 内容。

它由 wrapper 封装；生命周期如下：

请求到达 server 端，server 根据 url 映射到相应的 Servlet
判断 Servlet 实例是否存在，不存在则加载和实例化 Servlet 并调用 init 方法
Server 分别创建 Request 和 Response 对象，调用 Servlet 实例的 service 方法(service 方法内部会根据 http 请求方法类型调用相应的 doXXX 方法)
doXXX 方法内为业务逻辑实现，从 Request 对象获取请求参数，处理完毕之后将结果通过 response 对象返回给调用方
当 Server 不再需要 Servlet 时(一般当 Server 关闭时)，Server 调用 Servlet 的 destroy() 方法。

请求处理过程：

根据 server.xml 配置的指定的 connector 以及端口监听 http、或者 ajp 请求
请求到来时建立连接,解析请求参数,创建 Request 和 Response 对象,调用顶层容器 pipeline 的 invoke 方法
容器之间层层调用,最终调用业务 servlet 的 service 方法
Connector 将 response 流中的数据写到 socket 中

Pipeline 与 Valve ：

Pipeline 可以理解为现实中的管道,Valve 为管道中的阀门,Request 和 Response 对象在管道中经过各个阀门的处理和控制。

每个容器的管道中都有一个必不可少的 basic valve,其他的都是可选的,basic valve 在管道中最后调用,同时负责调用子容器的第一个 valve。
各层容器对应的 basic valve 分别是 StandardEngineValve、StandardHostValve、 StandardContextValve、StandardWrapperValve。