應用服務器知識(5)--Tomcat源碼分析

本文轉載自：http://blog.csdn.net/cutesource/article/details/5006062 尊重原創

下面談談我對Tomcat架構的理解

總體架構：

面向組件架構
基於JMX
事件偵聽

1）面向組件架構

tomcat代碼看似很龐大，但從結構上看卻很清晰和簡單，它主要由一堆組件組成，如Server、Service、Connector等，並基於JMX管理這些組件，另外實現以上接口的組件也實現了代表生存期的接口Lifecycle，使其組件履行固定的生存期，在其整個生存期的過程中通過事件偵聽LifecycleEvent實現擴展。Tomcat的核心類圖如下所示：

Catalina：與開始/關閉shell腳本交互的主類，因此如果要研究啓動和關閉的過程，就從這個類開始看起。

Server：是整個Tomcat組件的容器，包含一個或多個Service。

Service：Service是包含Connector和Container的集合，Service用適當的Connector接收用戶的請求，再發給相應的Container來處理。

Connector：實現某一協議的連接器，如默認的有實現HTTP、HTTPS、AJP協議的。

Container：可以理解爲處理某類型請求的容器，處理的方式一般爲把處理請求的處理器包裝爲Valve對象，並按一定順序放入類型爲Pipeline的管道里。Container有多種子類型：Engine、Host、Context和Wrapper，這幾種子類型Container依次包含，處理不同粒度的請求。另外Container裏包含一些基礎服務，如Loader、Manager和Realm。

Engine：Engine包含Host和Context，接到請求後仍給相應的Host在相應的Context裏處理。

Host：就是我們所理解的虛擬主機。

Context：就是我們所部屬的具體Web應用的上下文，每個請求都在是相應的上下文裏處理的。

Wrapper：Wrapper是針對每個Servlet的Container，每個Servlet都有相應的Wrapper來管理。

可以看出Server、Service、Connector、Container、Engine、Host、Context和Wrapper這些核心組件的作用範圍是逐層遞減，並逐層包含。

下面就是些被Container所用的基礎組件：

Loader：是被Container用來載入各種所需的Class。

Manager：是被Container用來管理Session池。

Realm：是用來處理安全裏授權與認證。

分析完核心類後，再看看Tomcat啓動的過程，Tomcat啓動的時序圖如下所示：

從上圖可以看出，Tomcat啓動分爲init和start兩個過程，核心組件都實現了Lifecycle接口，都需實現start方法，因此在start過程中就是從Server開始逐層調用子組件的start過程。

2）基於JMX

Tomcat會爲每個組件進行註冊過程，通過Registry管理起來，而Registry是基於JMX來實現的，因此在看組件的init和start過程實際上就是初始化MBean和觸發MBean的start方法，會大量看到形如：

Registry.getRegistry(null, null).invoke(mbeans, “init”, false);

Registry.getRegistry(null, null).invoke(mbeans, “start”, false);

這樣的代碼，這實際上就是通過JMX管理各種組件的行爲和生命期。

3）事件偵聽

各個組件在其生命期中會有各種各樣行爲，而這些行爲都有觸發相應的事件，Tomcat就是通過偵聽這些時間達到對這些行爲進行擴展的目的。在看組件的init和start過程中會看到大量如：

lifecycle.fireLifecycleEvent(AFTER_START_EVENT, null);這樣的代碼，這就是對某一類型事件的觸發，如果你想在其中加入自己的行爲，就只用註冊相應類型的事件即可。

一次完整請求的裏裏外外

Tomcat最本質就是個能運行JSP/Servlet的Web服務器 ， 因此最典型的應用就是用戶通過瀏覽器訪問服務器，Tomcat接收到請求後轉發給Servlet，由Servlet處理完後，把結果返回給客戶端。今天就專門解析一下這麼一個完整的請求的內部機理。

通過DEBUG，一路跟下來，發現Tomcat處理請求的核心過程是以下幾點：

啓動的時候啓動預支持協議的Endpoint，Endpoint會起專門的線程監聽相應協議的請求，默認的情況下，會啓動JIoEndpoint，JIoEndpoint基於Java ServerSocket接收Http的請求
ServerSocket接收到客戶端請求的Socket後，一路包裝，並一路從Host一直傳遞到Wrapper，再請求到相應的Servlet

下面將重點解析以上兩個過程。

通過以前的分析可知道當Tomcat啓動的時候會啓動Connector，此時Connector會通過ProtocolHandler把Endpoint啓動起來。默認情況下，Tomcat會啓動兩種Connector，分別是Http協議和AJP協議的，依次對應Http11Protocol和AjpProtocol，兩者都是啓動JIoEndpoint。下面看看JIoEndpoint的start方法：

public void start() throws Exception {  
    // Initialize socket if not done before  
    if (!initialized) {  
        init();  
    }  
    if (!running) {  
        running = true;  
        paused = false;  
        // Create worker collection  
        if (getExecutor() == null) {  
            createExecutor();  
        }  
        // Start acceptor threads  
        for (int i = 0; i < acceptorThreadCount; i++) {  
            Thread acceptorThread = new Thread(new Acceptor(), getName() + "-Acceptor-" + i);  
            acceptorThread.setPriority(threadPriority);  
            acceptorThread.setDaemon(getDaemon());  
            acceptorThread.start();  
        }  
    }  
}  

以上代碼很清晰地表示啓動acceptorThreadCount個線程，每個線程由Acceptor代理，具體看看Acceptor的run方法：

public void run() {  
    // Loop until we receive a shutdown command  
    while (running) {  
        // Loop if endpoint is paused  
        while (paused) {  
            try {  
                Thread.sleep(1000);  
            } catch (InterruptedException e) {  
                // Ignore  
            }  
        }  
        // Accept the next incoming connection from the server socket  
        try {  
            Socket socket = serverSocketFactory.acceptSocket(serverSocket);  
            serverSocketFactory.initSocket(socket);  
            // Hand this socket off to an appropriate processor  
            if (!processSocket(socket)) {  
                // Close socket right away  
                try {  
                    socket.close();  
                } catch (IOException e) {  
                    // Ignore  
                }  
            }  
        }catch ( IOException x ) {  
            if ( running ) log.error(sm.getString("endpoint.accept.fail"), x);  
        } catch (Throwable t) {  
            log.error(sm.getString("endpoint.accept.fail"), t);  
        }  
        // The processor will recycle itself when it finishes  
    }  
}  

由此可得到這麼一個結論：Tomcat就是通過ServerSocket監聽Socket的方式來接收客戶端請求的。具體代碼就無需我解析了，稍微瞭解Java net的人都能看懂以上代碼，Tomcat就是用最標準和最基礎的Socket調用方法來處理網絡請求的。找到處理請求的源頭後下面要做的是事情就簡單了，打好斷點，在瀏覽器裏請求一個最簡單的Hello world，一路debug下去。一路跟下來，主流程的時序圖如下所示：

從上圖可知，以上過程可分解成以下三個最主要的核心點：

基於Http1.1協議對Socket的解析和包裝
StandardEngineValve、StandardHostValve、StandardContextValve和StandardWrapperValve四種Valve的一路inoke。四種不同層次的Valve做了不同層次的處理和封裝
基於責任鏈模式ApplicationFilterChain實現Filter攔截和實際Servlet的請求