摘要：本篇文章主要是跟大家聊聊的內(nèi)部架構(gòu)體系，讓大家對有個(gè)整體的認(rèn)知。方法會創(chuàng)建一個(gè)對象，調(diào)用它的方法將字節(jié)流封裝成對象，在創(chuàng)建組件時(shí)，會將組件添加到組件中組件而組件在連接器初始化時(shí)就已經(jīng)創(chuàng)建好了目前為止，只有一個(gè)實(shí)現(xiàn)類，就是。

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Tomcat 是 Java WEB 開發(fā)接觸最多的 Servlet 容器，但它不僅僅是一個(gè) Servlet 容器，它還是一個(gè) WEB 應(yīng)用服務(wù)器，在微服務(wù)架構(gòu)體系下，為了降低部署成本，減少資源的開銷，追求的是輕量化與穩(wěn)定，而 Tomcat 是一個(gè)輕量級應(yīng)用服務(wù)器，自然被很多開發(fā)人員所接受。

Tomcat 里面藏著很多值得我們每個(gè) Java WEB 開發(fā)者學(xué)習(xí)的知識，可以這么說，當(dāng)你弄懂了 Tomcat 的設(shè)計(jì)原理，Java WEB 開發(fā)對你來說已經(jīng)沒有什么秘密可言了。本篇文章主要是跟大家聊聊 Tomcat 的內(nèi)部架構(gòu)體系，讓大家對 Tomcat 有個(gè)整體的認(rèn)知。

前面我也說了，Tomcat 的本質(zhì)其實(shí)就是一個(gè) WEB 服務(wù)器 + 一個(gè) Servlet 容器，那么它必然需要處理網(wǎng)絡(luò)的連接與 Servlet 的管理，因此，Tomcat 設(shè)計(jì)了兩個(gè)核心組件來實(shí)現(xiàn)這兩個(gè)功能，分別是連接器和容器，連接器用來處理外部網(wǎng)絡(luò)連接，容器用來處理內(nèi)部 Servlet，我用一張圖來表示它們的關(guān)系：

一個(gè) Tomcat 代表一個(gè) Server 服務(wù)器，一個(gè) Server 服務(wù)器可以包含多個(gè) Service 服務(wù)，Tomcat 默認(rèn)的 Service 服務(wù)是 Catalina，而一個(gè) Service 服務(wù)可以包含多個(gè)連接器，因?yàn)?Tomcat 支持多種網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，包括 HTTP/1.1、HTTP/2、AJP 等等，一個(gè) Service 服務(wù)還會包括一個(gè)容器，容器外部會有一層 Engine 引擎所包裹，負(fù)責(zé)與處理連接器的請求與響應(yīng)，連接器與容器之間通過 ServletRequest 和 ServletResponse 對象進(jìn)行交流。

也可以從 server.xml 的配置結(jié)構(gòu)可以看出 tomcat 整體的內(nèi)部結(jié)構(gòu)：

連接器負(fù)責(zé)將各種網(wǎng)絡(luò)協(xié)議封裝起來，對外部屏蔽了網(wǎng)絡(luò)連接與 IO 處理的細(xì)節(jié)，將處理得到的 Request 對象傳遞給容器處理，Tomcat 將處理請求的細(xì)節(jié)封裝到 ProtocolHandler，ProtocolHandler 是一個(gè)接口類型，通過實(shí)現(xiàn) ProtocolHandler 來實(shí)現(xiàn)各種協(xié)議的處理，如 Http11AprProtocol：

ProtocolHandler 采用組件模式的設(shè)計(jì)，將處理網(wǎng)絡(luò)連接，字節(jié)流封裝成 Request 對象，再將 Request 適配成 Servlet 處理 ServletRequest 對象這幾個(gè)動作，用組件封裝起來了，ProtocolHandler 包括了三個(gè)組件：Endpoint、Processor、Adapter。

Endpoint 在 ProtocolHandler 實(shí)現(xiàn)類的構(gòu)造方法中創(chuàng)建，如下：

public Http11AprProtocol() {
  super(new AprEndpoint());
}

Endpoint 組件用來處理底層的 Socket 網(wǎng)絡(luò)連接，AprEndpoint 里面有個(gè)叫 SocketProcessor 的內(nèi)部類，它負(fù)責(zé)為 AprEndpoint 將接收到的 Socket 請求轉(zhuǎn)化成 Request 對象，SocketProcessor 實(shí)現(xiàn)了 Runnable 接口，它會有一個(gè)專門的線程池來處理，后面我會多帶帶從源碼的角度分析 Endpoint 組件的設(shè)計(jì)原理。

org.apache.tomcat.util.net.AprEndpoint.SocketProcessor#doRun：

// Process the request from this socket
SocketState state = getHandler().process(socketWrapper, event);

process 方法會創(chuàng)建一個(gè) processor 對象，調(diào)用它的 process 方法將 Socket 字節(jié)流封裝成 Request 對象，在創(chuàng)建 Processor 組件時(shí)，會將 Adapter 組件添加到 Processor 組件中：

org.apache.coyote.http11.AbstractHttp11Protocol#createProcessor：

protected Processor createProcessor() {
  Http11Processor processor = new Http11Processor();
  // set Adapter 組件
  processor.setAdapter(getAdapter());

  return processor;
}

而 Adapter 組件在連接器初始化時(shí)就已經(jīng)創(chuàng)建好了：

org.apache.catalina.connector.Connector#initInternal：

// Initialize adapter
adapter = new CoyoteAdapter(this);
protocolHandler.setAdapter(adapter);

目前為止，Tomcat 只有一個(gè) Adapter 實(shí)現(xiàn)類，就是 CoyoteAdapter。Adapter 的主要作用是將 Request 對象適配成容器能夠識別的 Request 對象，比如 Servlet 容器，它的只能識別 ServletRequest 對象，這時(shí)候就需要 Adapter 適配器類作一層適配。

以上連接器的各個(gè)組件，我用一張圖說明它們直接的關(guān)系：

在 Tomcat 中一共設(shè)計(jì)了 4 種容器，它們分別為 Engine、Host、Context、Wrapper，它們的關(guān)系如下圖所示：

Engine：表示一個(gè)虛擬主機(jī)的引擎，一個(gè) Tomcat Server 只有一個(gè) 引擎，連接器所有的請求都交給引擎處理，而引擎則會交給相應(yīng)的虛擬主機(jī)去處理請求；

Host：表示虛擬主機(jī)，一個(gè)容器可以有多個(gè)虛擬主機(jī)，每個(gè)主機(jī)都有對應(yīng)的域名，在 Tomcat 中，一個(gè) webapps 就代表一個(gè)虛擬主機(jī)，當(dāng)然 webapps 可以配置多個(gè)；

Context：表示一個(gè)應(yīng)用容器，一個(gè)虛擬主機(jī)可以擁有多個(gè)應(yīng)用，webapps 中每個(gè)目錄都代表一個(gè) Context，每個(gè)應(yīng)用可以配置多個(gè) Servlet。

從上圖可看出，各個(gè)容器組件之間的關(guān)系是由大到小，即父子關(guān)系，它們之間關(guān)系形成一個(gè)樹狀的結(jié)構(gòu)，它們的實(shí)現(xiàn)類都實(shí)現(xiàn)了 Container 接口，它有如下方法來控制容器組件之間的關(guān)系：

public interface Container extends Lifecycle {
  Container getParent();
  void setParent(Container container);
  void addChild(Container child);
  Container findChild(String name);
  Container[] findChildren();
  void removeChild(Container child);
}

容器組件之間通過以上幾個(gè)方法，即可實(shí)現(xiàn)它們之間的父子關(guān)系，有沒有發(fā)現(xiàn)，Container 接口還繼承了 Lifecycle 接口，它有如下方法：

public interface Lifecycle {   
  public static final String INIT_EVENT = "init";  
  public static final String START_EVENT = "start";   
  public static final String BEFORE_START_EVENT = "before_start";   
  public static final String AFTER_START_EVENT = "after_start";   
  public static final String STOP_EVENT = "stop";   
  public static final String BEFORE_STOP_EVENT = "before_stop";   
  public static final String AFTER_STOP_EVENT = "after_stop";   
  public static final String DESTROY_EVENT = "destroy";  

  public void addLifecycleListener(LifecycleListener listener);   
  public LifecycleListener[] findLifecycleListeners();   
  public void removeLifecycleListener(LifecycleListener listener);   
  public void start() throws LifecycleException;   
  public void stop() throws LifecycleException;   
}  

Tomcat 中有很多組件，組件通過實(shí)現(xiàn) Lifecycle 接口，Tomcat 通過事件機(jī)制來實(shí)現(xiàn)對這些組件生命周期的管理。

Tomcat 的這種容器設(shè)計(jì)思想，其實(shí)是運(yùn)用了組合設(shè)計(jì)模式的思想，組合設(shè)計(jì)模式最大的優(yōu)點(diǎn)是可以自由添加節(jié)點(diǎn)，這樣也就使得 Tomcat 的容器組件非常地容易進(jìn)行擴(kuò)展，符合設(shè)計(jì)模式中的開閉原則。

現(xiàn)在我們知道了 Tomcat 的容器組件的組合方式，那我們現(xiàn)在就來想一個(gè)問題：

當(dāng)一個(gè)請求過來時(shí)，Tomcat 是如何識別請求并將它交給特定 Servlet 來處理呢？

從容器的組合關(guān)系可以看出，它們調(diào)用順序必定是：

Engine -> Host -> Context -> Wrapper -> Servlet

那么 Tomcat 是如何來定位 Servlet 的呢？答案是利用 Mapper 組件來完成定位的工作。

Mapper 最主要的核心功能是保存容器組件之間訪問路徑的映射關(guān)系，它是如何做到這點(diǎn)的呢？

我們不妨先從源碼入手：

org.apache.catalina.core.StandardService：

protected final Mapper mapper = new Mapper();
protected final MapperListener mapperListener = new MapperListener(this);

Service 實(shí)現(xiàn)類中，已經(jīng)初始化了 Mapper 組件以及它的監(jiān)聽類 MapperListener，這里先說明一下，在 Tomcat 組件中，標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)現(xiàn)組件類前綴會有 Standard，比如：

org.apache.catalina.core.StandardServer
org.apache.catalina.core.StandardService
org.apache.catalina.core.StandardEngine
org.apache.catalina.core.StandardHost
org.apache.catalina.core.StandardContext
org.apache.catalina.core.StandardWrapperz

在 Service 服務(wù)啟動的時(shí)候，會調(diào)用 MapperListener.start() 方法，最終會執(zhí)行 MapperListener 的 startInternal 方法：

org.apache.catalina.mapper.MapperListener#startInternal：

Container[] conHosts = engine.findChildren();
for (Container conHost : conHosts) {
  Host host = (Host) conHost;
  if (!LifecycleState.NEW.equals(host.getState())) {
    // Registering the host will register the context and wrappers
    registerHost(host);
  }
}

該方法會注冊新的虛擬主機(jī)，接著 registerHost() 方法會注冊 context，以此類推，從而將容器組件直接的訪問的路徑都注冊到 Mapper 中。

定位 Servlet 的流程圖：