Tomcat 啓動初始化和停止

Tomcat 通過 server.xml 配置文件裝配一系列組件，並且爲組件設計生命週期接口，在容器啓停時，協調控制組件的啓動、初始化和停止。容器通常使用腳本啓動，腳本主要是檢查 Java 環境、設置 JVM 參數，調用 Bootstrap.start 啓動。

Bootstrap 是 Catalina 的引導加載類，它構造了一個 commonLoader 類加載器，加載 ${catalina.base}/lib 目錄下的類，目的是與應用程序級的類隔離，接下來詳細分析每個過程。

在此之前可先了解一下，官網對啓動過程的描述，以及提供的啓動UML序列圖，Startup.txt&UML，這個圖囊括了啓動過程中類的調用，但我第一次看這個圖，也是一臉懵，以下描述的則是通過 DEBGUG 跟出來的，當回過頭再看這個圖，確實很有用。

初始化

初始化涉及到 server.xml 的解析，Tomcat 使用 Digester 解析，其工作原理理解了很簡單，使用 sax 解析，在元素開始和結束，藉助一個 ObjectStack 對象棧和一系列解析規則完成組件的初始化，它主要有三個基本規則：

• ObjectCreateRule：根據指定的 ClassName 創建一個實例，元素開始時，壓入對象棧，結束時，彈出對象棧
• SetPropertiesRule：元素開始時，根據其屬性，反射調用棧頂元素對應成員變量的 set 方法
• SetNextRule：元素結束時，使用set方法建立棧頂元素(child)和（top-1）元素(parent)的父子（組合）關係

各組件都是使用這三個規則進行配置解析，解析過程不再贅述，（這裏） 提供一份源碼註釋，可加斷點跟一下，着重關注棧內對象的入棧和出棧，值得注意的是在 GlobalResourcesLifecycleListener 初始化時會觸發加載解析 mbeans-descriptors.xml，這個過程太長，可使用斷點跳過。

調用 StandardServer.initialize 開始組件的初始化，觸發 INIT_EVENT 事件，詳細過程：

1. 初始化 StandardServer：首先觸發各 Listener（具體有哪些，可查看xml的配置）的執行，然後初始化內部的 Services；
2. Service 主要是初始化定義的 Connectors；
3. 初始化 Connector：初始化 Adapter 和 ProtocolHandler，處理器有兩種不同實現：
   • Http11NioProtocol 初始化：NioEndpoint 設置線程池名稱、設置ConnectionHandler、設置接收和發送 ByteBuffer 容量；SSL相關實現初始化：
     • 初始化 NioEndpoint：初始化 ServerSocketChannel，設置成阻塞模式，綁定端口；設置 Acceptor、Poller 線程數目；初始化 SSL 信息；初始化 NioSelectorPool；
   • Http11Protocol 初始化：JIoEndpoint 設置線程池名和ConnectionHandler，初始化 ServerSocketFactory：
     • 初始化 JioEndpoint：設置 Acceptor 線程數；創建 ServerSocket 並綁定端口。
4. 初始化完畢

以上就是在組件在init生命週期事件中完成的設置，注意在 Digester 解析過程中，也完成了一系列的設置。

啓動

調用 StandardServer.start 開啓組件的啓動過程，觸發 BEFORE_START_EVENT、START_EVENT、AFTER_START_EVENT 事件：

1. 啓動 StandardServer：觸發執行各 Listener；啓動內部的 Services；
2. Service 默認沒有 Listener，首先啓動 Engines 、接着啓動 Executors、最後啓動 Connectors；
3. 啓動 Engine，它調用 super.start() 進行啓動或觸發以下的動作：
   • 嘗試啓動 Manager、Cluster、Realm（LockOutRealm）；
   • 啓動子容器 Hosts；
   • EngineConfig 監聽器的執行 - START_EVENT，STOP_EVENT；
   • 啓動後臺線程，定期檢查會話超時。
4. 啓動 Host：設置 ErrorReportValve，並添加到自己的 pipeline 中，觸發 ADD_VALVE_EVENT 容器事件，調用 super.start()：
   • 啓動子容器 Contexts；
   • 啓動 pipeline 中實現 Lifecycle 的 Valve。
   • 觸發 HostConfig 監聽器的執行：
     • PERIODIC_EVENT：檢查所有Web應用程序的狀態；
     • START_EVENT：創建 Context，啓動並部署 webapps & conf/Catalina/localhost/*.xml；
     • STOP_EVENT：取消已部署的所有應用。
5. 啓動 Context，部署 Web App
   • 根據 context.xml（或默認的）使用 Digester 創建 StandardContext 對象，添加 ContextConfig 監聽器，通過 host.addChild 啓動 Context；
   • 初始化用於解析 web.xml 的 Digester，創建設置 WebappLoader 且不使用"標準委託模型"；
   • 先解析默認的 conf/web.xml，然後處理 WEB-INF/web.xml，創建 StandardWrapper 封裝 Servlet。
6. 啓動 Connector，無 Listener，它主要是啓動 ProtocolHandler：
   • Http11NioProtocol - 啓動 NioEndpoint - 啓動 Poller 線程，啓動 Acceptor 線程；
   • Http11Protocol - 啓動 JioEndpoint - 啓動 Acceptor 線程。
7. 註冊 ShutdownHook，阻塞 main 線程，啓動完畢。

接下來就該處理請求了，這部分下一篇會介紹。

停止

當調用 Bootstrap.stop 或接收到 SHUTDOWN 指令或者捕捉到系統關閉信號（如ctrl+c，shutdown，logoff）時，開始調用 Catalina.stop 方法，關閉組件，觸發 BEFORE_STOP_EVENT、STOP_EVENT 事件：停止Server、Service，暫停 Connector，停止內部組件，停止 Connector，關閉線程池，打斷 awaitThread 即 main 線程，結束。

如果 stop 命令執行失敗，嘗試使用系統信號終止，首先使用 kill -15 ，進程收到後進行處理；如果還是失敗那麼，等待 5s 後，使用 kill -9 強制終止。

小結

當我看到 Web應用加載的時候，耐心有點不足，感覺捋順了整個過程，其實還有很多地方經不起推敲，爲了看得更透徹，那麼這個"簡單"的啓動過程，又有哪些值得思考的呢？

內部啓動的線程和線程池中的線程爲什麼設置爲守護線程（Daemon）？

Java 中有兩類線程：守護線程與用戶線程，區別是守護線程不會阻止 JVM 的退出。從 Tomcat 的停止流程來看，就算用非守護線程也不會出現什麼問題，沒有搜到官方對此的描述，這裏按照理解強行解釋一波 :)。

守護線程一般是服務提供者，運行系統代碼，比如 GC 線程，就像操作系統中也區分用戶線程和內核線程那樣，Tomcat 將內部線程設爲 daemon，也能很好的在語義上區分 Servlet 啓動的線程，並且對於 Servlet 來說 Tomcat 就是它的操作系統。

生命週期的設計有什麼好處？

保證組件啓動和停止的一致性，爲生命週期事件添加監聽器，這些監聽器處理其感興趣的事件，來做一些額外的操作。這是觀察者模式的應用。

多應用間如何實現隔離？

應用隔離的本質就是類隔離，主要防止類衝突。類是否相等是由其全限定名和類加載器共同決定的，容器就是通過自定義 ClassLoader 實現應用間隔離，Tomcat 類加載器結構：

當要求類加載器加載類時，它首先將請求委託給父加載器，然後在父加載器找不到所請求的類時，查找自己的存儲庫。而 Webapp 加載器略有不同，它首先會在自己的資源庫中搜索，而不是向上委託，打破了標準的委託機制，其類加載時按以下順序查找資源庫：

• Bootstrap 和 System 已加載的類
• /WEB-INF/classes 和 /WEB-INF/lib/*.jar
• Common 已加載的類

應用熱加載和熱部署？

當在啓動 Engine 時，會新建一個名爲 ContainerBackgroundProcessor[StandardEngine[Catalina]] 的線程，默認 10s 檢查是否要重新加載或重新部署，對應方法在 Loader 接口定義分別是 backgroundProcess 和 modified。

默認 web.xml 配置了什麼？

• 提供一個 DefaultServlet，用於處理靜態資源和未找到匹配 Servlet 的請求；
• 用於編譯和執行 JSP 的 JspServlet；
• Session 默認超時 30 minutes；
• 默認 MIME Type 映射和 Welcome Files

其他能夠想到的點

採用都是常用的數據結構，如 ArrayList、數組、HashMap等，Pipeline 採用鏈表實現，Digester 使用棧來解析。歡迎補充。