【Tomcat】【一】Tomcat结构以及启动过程

1 前言

　　这节我们来学习下 Tomcat，是一种 Servlet 容器，这节我们主要来看下 Tomcat 的整体结构以及启动过程，本文的整体思路以及内容大部分都是来自《看透 Spring MVC》，大家可以看看。

2 顶层结构

　　我们先来看下整体的一个结构图：

Server：Tomcat 中最顶层的容器叫 Server，代表整个服务器，Server 中包含至少一个 Service，用于具体提供服务。
Service:：Service 主要包含两部分:Connector和 Container。
Connector：用于处理连接相关的事情，并提供 Socket 与 request、response 的转换。
Container：用于封装和管理 Servlet，以及具体处理request请求。
一个Tomcat 中只有一个 Server；一个Server 可以包含多个Service；一个Service 只有一个Container，但可以有多个Connectors(因为一个服务可以有多个连接，如同时提供 http和 https 连接，也可以提供相同协议不同端口的连接)；

　　Tomcat 里的 Server 由 org.apache.catalinastartup.Catalina 来管理，Catalina 是整个 Tomcat的管理类，它里面的三个方法 lad、start、stop 分别用来管理整个服务器的生命周期，load方法用于根据conf/serverxml文件创建Server 并调用Server 的init方法进行初始化，start方法用于启动服务器，stop 方法用于停止服务器，start 和 stop 方法在内部分别调用了 Server 的start和stop方法，load方法内部调用了 Server 的init方法，这三个方法都会按容器的结构逐层调用相应的方法，比如，Server的start 方法中会调用所有的Service 中的start方法，Service 中的start方法又会调用所有包含的Connectors 和Container 的start 方法，这样整个服务器就启动了，init和stop方法也一样，这就是 Tomcat生命周期的管理方式，更加具体的内容见7.2节。Catalina还有个方法也很重要，那就是 await方法，Catalina 中的await 方法直接调用了Server的await 方法，这个方法的作用是进入一个循环，让主线程不会很出。

　　不过Tomcat的人口main方法并不在Catalina类里，而是在orgapache.catalina.startupBootstrap中。Bootstrap 的作用类似一个CatalinaAdaptor，具体处理过程还是使用Catalina来完成的，这么做的好处是可以把启动的入口和具体的管理类分开，从而可以很方便地创建出多种启动方式，每种启动方式只需要写一个相应的CatalinaAdaptor 就可以了。

3 Bootstrap的启动过程

Bootstrap是 Tomcat的人口，正常情况下启动Tmcat 就是调用的Bootstrap的main方法其代码如下:

　　可以看到这里的 main 非常简单，只有两部分内容:首先新建了 Bootstrap，并执行 init方法初始化;然后处理main方法传入的命令，如果args 参数为空，默认执行start。
　　在init 方法里初始化了 ClassLoader，并用ClassLoader 创建了Catalina实例，然后赋给catalinaDaemon变量，后面对命令的操作都要使用catalinaDaemon来具体执行。
　　对start命令的处理调用了三个方法:setAwait(true)、load(args)和 start()。这三个方法内部都调用了 Catalina 的相应方法进行具体执行，只不过是用反射来调用的。start 方法(另外两个方法会处理一些参数，调用方法类似)的代码如下:

　　这里首先判断catalinaDaemon 有没有初始化，如果没有则调用 init 方法对其进行初始化，然后使用 Method 进行反射调用 Catalina 的start 方法。Method 是java.lang.reflect 包里的类代表一个具体的方法，可以使用其中的 invoke 方法来执行所代表的方法，invoke 方法有两个参数，第一参数是Method 方法所在的实体，第二个参数是可变参数用于 Method 方法执行时所需要的参数，所以上面的调用相当于((Catalina)catalinaDaemon).start()。setAwait 和 load也用类似的方法调用了Catalina中的setAwait 和load方法。

4 Catalina的启动过程

　　从前面的内容可以知道，Catalina 的启动主要是调用 setAwait、load 和start方法来完成的setAwait方法用于设置Server 启动完成后是否进入等待状态的标志，如果为true 则进人，否则不进入;load 方法用于加载配置文件，创建并初始化Server;start 方法用于启动服务器。下面分别来看一下这三个方法
　　首先来看setAwait 方法，代码如下:

　　这个方法非常简单，就是设置await 属性的值，await 属性会在 start 方法中的服务器启动完之后使用它来判断是否进入等待状态。
　　Catalina的load 方法根据 conf/server.xml创建了 Server 对象，并赋值给 server 属性(具体解析操作是通过开源项目 Digester 完成的)然后调用了 server 的init 方法，代码如下：

　　Catalina的 start 方法主要调用了 server 的start 方法启动服务器，并根据await 属性判断是否让程序进人了等待状态，代码如下:

　　这里首先判断 Server 是否已经存在了，如果不存在则调用 load 方法来初始化Server，然后调用 Server的 start 方法来启动服务器，最后注册了关闭钩子并根据 await 属性判断是否进人等待状态，之前我们已将这里的 await 属性设置为 true 了，所以需要进入等待状态。进入等待状态会调用await和 stop 两个方法，await 方法直接调用了 Server 的await 方法，Server的await 方法内部会执行一个 while 循环，这样程序就停到了await 方法，当await 方法里的while循环退出时，就会执行 stop 方法，从而关闭服务器。

5 Server的启动过程

　　Server 接口中提供addService(Service service)、removeService(Service service) 来添加和删除 Service，Server 的init 方法和 start 方法分别循环调用了每个 Service 的init 方法和 start方法来启动所有Service。

　　Server 的默认实现是 orgapache.catalina.core.StandardServer，StandardServer 继承自 LifecycleMBeanBase,LifecycleMBeanBase 又继承自 LifecycleBase,init 和 stat 方法就定义在了 LifecycleBase中，LifecycleBase 里的init 方法和 start 方法又调用initInteal方法和startInternal方法，这两个方法都是模板方法，由子类具体实现，所以调用 StandardServer 的init和start 方法时会执行StandardServer 月己的initInternal和 startInternal方法，这就是 Tomcat 生命周期的管理方式更详细的过程见7.2节。StandardServer 中的initInternal和 startIntermal方法分别循环调用了每一个service的start和init 方法，代码如下:

　　除了startInternal和initInternal方法，StandardServer 中还实现了await方法，Catalina 中就是调用它让服务器进入等待状态的，其核心代码如下:

　　await 方法比较长，为了便于大家理解，这里省略了一些处理异常、关闭 Socket 以及对接收到数据处理的代码。处理的大概逻辑是首先判断端口号 port，然后根据 port 的值分为三种处理方法:

port为-2，则会直接退出，不进入循环。
port 为-1，则会进入一个 while ( !stopAwait)的循环，并且在内部没有 break 跳出的语句，stopAwait标志只有调用了 stop 方法才会设置为 true，所以port 为-1时只有在外部调用stop方法才会退出循环。
port为其他值，则也会进入一个 while (!stopAwait)的循环，不过同时会在 port 所在端口启动一个ServerSocket 来监听关闭命令，如果接收到了则会使用 break 跳出循环。

这里的端口 port和关闭命令 shutdown 是在conf/serverxml文件中配置Server 时设置的默认设置如下:

　　这时会在8005端口监听”SHUTDOWN”命令，如果接收到了就会关闭 Tomcat。如果不想使用网络命令来关闭服务器可以将端口设置为-1。另外await 方法中从端口接收到数据后还会进行简单处理，如果接收到的数据中有 ASCII码小于32的(ASCII 中32以下的为控制符)则会从小于32 的那个字符截断并丢弃后面的数据，为了便于大家理解这部分代码我们在上面省略掉了。

6 Service的启动过程

　　Service 的默认实现是orgapache.catalina.core.StandardService，StandardService 也继承自LifecycleMBeanBase 类，所以init 和start 方法最终也会调用nitInternal 和 startInternal方法我们来看一下这两个方法的核心内容(省略了异常处理和日志打印代码)。

　　可以看到，StandardService中的initInternal和 startInternal方法主要调用 container、executorsmapperListener、connectors 的 init 和 start 方法。这里的 container 和 connectors 前面已经介绍过mapperListener 是 Mapper 的监听器，可以监听 container 容器的变化，executors 是用在 connectors中管理线程的线程池，在 serverx.xml配置文件中有参考用法，不过默认是注释起来的，打开注释就可以看到其使用方法，如下所示: