摘要：在組件樹中前面啟動(dòng)的過程中提到過的的線程負(fù)責(zé)接收連接，接收請求之后調(diào)用方法，把包裝成，創(chuàng)建一個(gè)任務(wù)，從線程池中獲取一個(gè)線程處理該任務(wù)。

概念

Java Web，是基于Java語言實(shí)現(xiàn)web服務(wù)的技術(shù)總和。介于現(xiàn)在Java在web客戶端應(yīng)用的比較少，我把學(xué)習(xí)重點(diǎn)放在了JavaWeb服務(wù)端應(yīng)用。雖然用Springboot就可以很快地搭建一個(gè)web項(xiàng)目了，但是如果想要深入了解JavaWeb的實(shí)現(xiàn)原理，就不得不先學(xué)習(xí)Servlet和Servlet容器的相關(guān)知識(shí)。

首先什么是Servlet？

Servlet從廣義上講是Sun公司提供的一門用于開發(fā)動(dòng)態(tài)Web資源的技術(shù)，而狹義上指的是實(shí)現(xiàn)了javax.servlet.Servlet接口的類的統(tǒng)稱。Servlet接口很簡單，只有init、getServletConfig、service、getServletInfo和destroy這5個(gè)方法，它們構(gòu)成了實(shí)現(xiàn)Servlet功能的規(guī)范。像Spring的DispatcherServlet，都是一種具體的Servlet。

當(dāng)然了，光有Servlet這一個(gè)類可沒什么用，它沒有main方法，不能獨(dú)立運(yùn)行，就像光有子彈沒有槍，子彈的價(jià)值就發(fā)揮不出來。要想實(shí)現(xiàn)Servlet的功能，就必須有一個(gè)Servlet容器。

Servlet容器，也叫做Servlet引擎，是web服務(wù)器的一部分，用于接收網(wǎng)絡(luò)請求，把請求轉(zhuǎn)發(fā)給對應(yīng)的Servlet，并把Servlet處理的結(jié)果返回給網(wǎng)絡(luò)。

它是web服務(wù)器和Servlet之間的媒介。

它建立服務(wù)端socket、監(jiān)聽端口、創(chuàng)建流。

它管理著Servlet的生命周期，如加載部署Servlet，實(shí)例化初始化Servlet，調(diào)用Servlet方法（處理業(yè)務(wù)），以及銷毀Servlet。

Tomcat就是一個(gè)獨(dú)立運(yùn)行的Servlet容器。

Tomcat組織結(jié)構(gòu)

下面就以Tomcat8為例，看看一個(gè)具體的Servlet容器是如何實(shí)現(xiàn)上述功能的。

先來一張Tomcat的結(jié)構(gòu)圖：

Server：Tomcat頂層容器，代表著整個(gè)服務(wù)器。包含一個(gè)或多個(gè)Service組件；

Service：存活在Server內(nèi)部的中間組件，包含Connector和Container這兩個(gè)核心組件，負(fù)責(zé)將一個(gè)或多個(gè)Connector組件綁定到一個(gè)Container上；

Connector：監(jiān)聽端口，處理與客戶端基于某種協(xié)議的通信，提供Socket與request和response的轉(zhuǎn)換；

Container：封裝和管理Servlet，負(fù)責(zé)對請求進(jìn)行處理，并生成響應(yīng)。

（先介紹這幾個(gè)大的組件，小組件在后面會(huì)細(xì)講）

這樣展示可能比較抽象，我們可以打開我們安裝的Tomcat目錄下的conf/server.xml，看下Tomcat是如何配置這些組件的：

 

     

         



         

             

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先看Connector，可以看到一個(gè)Service里是可以配置多個(gè)Connector的，這里我們主要關(guān)心HTTP協(xié)議的Connector。

Connector使用持有的ProtocolHandler類型對象來處理請求，它包含的三個(gè)部件：

Endpoint：綁定端口、監(jiān)聽請求；

Processor：將Endpoint接收到的Socket封裝成Request；

Adapter：將Request交給Container進(jìn)行具體的處理。

再看Container，它內(nèi)部包含了4個(gè)子容器

Engine：Servlet引擎，Container最上層，每個(gè)Service只能包含一個(gè)，表示一個(gè)特定的Service的請求處理流水線，從Connector接收處理所有的請求并返回響應(yīng)；

Host：虛擬主機(jī)，一個(gè)引擎可以包含多個(gè)Host；一個(gè)Host可以包含多個(gè)Context；

Context：一個(gè)Context表示了一個(gè)Web應(yīng)用程序（Web工程）。Context直接管理Servlet在容器中的包裝類；

Wrapper：每一個(gè)Servlet在容器中的包裝類。

我們可以通過Tomcat文件夾里的文件結(jié)構(gòu)來幫助理解，上面提到的conf/server.xml里配置Host時(shí)有個(gè)appBase的屬性是webapps，是不是很眼熟？我們在Tomcat安裝目錄下總是有一個(gè)webapp文件夾，整個(gè)webapps就是一個(gè)Host站點(diǎn)，里面放著的每個(gè)文件夾目錄就對應(yīng)一個(gè)Context，其中ROOT目錄中存放著主應(yīng)用，其他目錄存放著子應(yīng)用。

Tomcat類加載

先看Tomcat是如何加載類的。

Tomcat啟動(dòng)時(shí)創(chuàng)建的類加載器有

BootstrapClassLoader：加載JVM提供的基本運(yùn)行類，和$JAVA_HOME/jre/lib/ext里的jar包；

SystemClassLoader：加載tomcat啟動(dòng)的類，即Catalina.bat中指定位置的類；

CommonClassLoader：加載tomcat以及應(yīng)用通用的類，位于CATALINA_HOME/lib下。父加載器是AppClassLoader；

WebAppClassLoader：每個(gè)應(yīng)用在部署后都創(chuàng)建一個(gè)唯一的類加載器，加載位于WEB-INF/lib中的jar包和WEB-INF/classes下的class文件。父加載器是CommonClassLoader。

Tomcat默認(rèn)類加載邏輯：

1、先在本地緩存中查找，如果已經(jīng)加載即返回，否則繼續(xù)下一步

2、嘗試Bootstrap加載，如果加載到即返回，否則

3、WebApp自行加載，先/WEB-INF/classes，再/WEB-INF/lib/*.jar，如果加載到即返回，否則

4、委托WebApp父類加載器(Common ClassLoader)去加載。。。

注意：第3、4兩步違反了雙親委托機(jī)制，但也只是Tomcat自定義的ClassLoader加載順序違反了，頂層還是相同的。

Tomcat的這種加載邏輯保證了每個(gè)應(yīng)用程序的同名類庫是獨(dú)立的，同時(shí)可以共享共有類庫。

每一個(gè)JSP文件對應(yīng)一個(gè)Jsp類加載器，當(dāng)一個(gè)jsp文件修改了，就直接卸載這個(gè)jsp類加載器，重新創(chuàng)建類加載器，重新加載jsp文件。

Tomcat啟動(dòng)流程

下面開始分析Tomcat大致啟動(dòng)流程，建議配合源碼食用。

Tomcat傳統(tǒng)的啟動(dòng)入口通過startup.bat和catalina.bat腳本調(diào)用org.apache.catalina.startup.Bootstrap.main()，分為兩部分：

一、init()：初始化main線程的daemon（一個(gè)Bootstrap對象）。初始化Tomcat類加載器，通過反射來實(shí)例化Catalina對象；

二、daemon執(zhí)行三個(gè)方法setAwait(true)、load(args)和start()：

1、setAwait：通過反射調(diào)用catalina的setAwait方法設(shè)置await屬性，后面會(huì)用到；

2、load(args)：通過反射調(diào)用catalina的load方法，創(chuàng)建xml解析器，解析conf/server.xml創(chuàng)建出了StandardServer對象并init，繼而調(diào)用內(nèi)部包含的service的int，以此逐層初始化所有組件；

3、start()：通過反射調(diào)用catalina的start()方法，和init方法一樣逐層start所有組件；最后利用前面設(shè)置的await屬性調(diào)用await方法，繼而調(diào)用server的await方法，保證主線程運(yùn)行并持續(xù)監(jiān)聽8005端口的SHUTDOWN指令，接收到后調(diào)用stop方法關(guān)閉Tomcat。

上面各個(gè)組件的init和start都是一筆帶過，那么他們實(shí)際完成了什么樣的工作呢？

Server.init()：調(diào)用包含的Service的init；

Service.init()：初始化Engine，初始化Executor（所有Connector共享的線程池），初始化mapperListener（用來保存容器映射），調(diào)用Connector.init；

Connector.init()：初始化ProtocolHandler、Adapter，Endpoint創(chuàng)建ServerSocket并綁定監(jiān)聽端口

Server.start()：調(diào)用包含的Services的start;

Service.start()：與初始化對應(yīng)，調(diào)用Engine.start，啟動(dòng)Executor，啟動(dòng)mapperListener（作為監(jiān)聽者加到容器和它們的子容器中），調(diào)用Connector.start

Connector.start()：Endpoint創(chuàng)建acceptor線程來接收客戶端的連接以及poller線程來處理連接中的讀寫請求

Engine.start()：逐一啟動(dòng)Host、Context、Wrapper

Context.start()：步驟很多，這里列舉幾個(gè)重要的：

*）創(chuàng)建讀取資源文件的對象

*）創(chuàng)建ClassLoader對象，就是上面提到過的每個(gè)應(yīng)用唯一的WebAppClassLoader

*）設(shè)置應(yīng)用的工作目錄

*）啟動(dòng)相關(guān)輔助對象，如Logger、realm、resources等

*）通知監(jiān)聽者ContextConfig讀取和解析Web應(yīng)用web.xml和注解

*）啟動(dòng)web.xml解析到的子容器（解析時(shí)將Servlet包裝成StandardWrapper）

*）啟動(dòng)Pipeline（一種責(zé)任鏈設(shè)計(jì)模式后面會(huì)講）

*）獲取或創(chuàng)建ServletContext，并設(shè)置必要的參數(shù)

*）創(chuàng)建Context中配置的Listener；

*）創(chuàng)建和初始化配置的Filter；

*）創(chuàng)建和初始化loadOnStartup大于等于0的Servlet

Tomcat處理請求過程

現(xiàn)在我們知道Tomcat是如何啟動(dòng)的，那么啟動(dòng)之后Tomcat如何處理一次請求的呢？

下面以一次Http請求為例來說明，請求URL=http://hostname:port/contextpath/servletpath。

在Connector組件樹中：

前面啟動(dòng)的過程中提到過Connector的Endpoint的acceptor線程負(fù)責(zé)接收Socket連接，acceptor接收請求之后調(diào)用processSocket方法，把socket包裝成SocketWrapper，創(chuàng)建一個(gè)SocketProcessor任務(wù)，從線程池中獲取一個(gè)線程處理該任務(wù)。run方法中調(diào)用AbstractEndpoint.Handler.process方法，根據(jù)請求的協(xié)議類型（con/server.xml中connector元素的protocol屬性值）創(chuàng)建相應(yīng)的類型處理類Processor，對SocketWrapper的輸入流和輸出流進(jìn)行包裝，根據(jù)SocketWrapper創(chuàng)建輕量級的coyote.Request和coyote.Response，解析http請求的請求頭和請求行，最后Adapter.service(Request, Response)，將coyote.Request和coyote.Response轉(zhuǎn)化成Connector.Request和Connector.Response，調(diào)用connector.getService().getMapper().map()，根據(jù)hostname、contextpath和servletpath找到對應(yīng)的host、context和Wapper（前面利用mapperListener保存的容器完整關(guān)系），設(shè)置到Request中去；再調(diào)用connector.getService().getContainer().getPipeline().getFirst().invoke(request, response)將請求傳遞給與Connector關(guān)聯(lián)的Container逐級傳遞下去（Engine->Host->Context->Wapper）。

在Container組件樹中：

Container容器按照責(zé)任鏈的設(shè)計(jì)模式，使用管道Pipeline和Value的方式來傳遞請求。

第一層是Engine，先通過conf/server.xml中配置的value，最后總會(huì)流到StandardEngineValue，調(diào)用host.getPipeline().getFirst().invoke(request, response)將請求傳遞給request中保存的Host；

第二層是Host，同樣先通過配置的value，最后流到StandardHostValue，再傳遞給request中保存的Context；

第三層是Context，流到StandardContextValue傳遞給request中保存的Wapper；

最后是Wapper，流到StandardWapperValue，獲取Servlet單例（雙檢查鎖機(jī)制），獲取FilterChain執(zhí)行Filter鏈，也是一種責(zé)任鏈模式，執(zhí)行完所有配置的Filter后執(zhí)行Servlet.service，即我們希望其完成的業(yè)務(wù)邏輯。

（在進(jìn)入Filter的時(shí)候，傳入的是Connector.Request的門面類RequestFacade，和Request一樣都是HttpServletRequest和HttpServletResponse的實(shí)現(xiàn)類）

返回過程略。

第一次寫文章，條理排版不是很清晰，以后慢慢改進(jìn)。