Tomcat源码解读系列（二）——Tomcat的核心组成和启动过程
声明：源码版本为Tomcat 6.0.35
前面的文章中介绍了Tomcat的基本配置，每个配置项也基本上对应了Tomcat的组件结构，如果要用一张图来形象展现一下Tomcat组成的话，整个Tomcat的组成可以如下图所示：
Tomcat在接收到用户请求时，将会通过以上组件的协作来给最终用户产生响应。首先是最外层的Server和Service来提供整个运行环境的基础设施，而Connector通过指定的协议和接口来监听用户的请求，在对请求进行必要的处理和解析后将请求的内容传递给对应的容器，经过容器一层层的处理后，生成最终的响应信息，返回给客户端。
Tomcat的容器通过实现一系列的接口，来统一处理一些生命周期相关的操作，而Engine、Host、Context等容器通过实现Container接口来完成处理请求时统一的模式，具体表现为该类容器内部均有一个Pipeline结构，实际的业务处理都是通过在Pipeline上添加Valve来实现，这样就充分保证整个架构的高度可扩展性。Tomcat核心组件的类图如下图所示：
在介绍请求的处理过程时，将会详细介绍各个组件的作用和处理流程。本文将会主要分析Tomcat的启动流程，介绍涉及到什么组件以及初始化的过程，简单期间将会重点分析HTTP协议所对应Connector启动过程。
Tomcat在启动时的重点功能如下：
- 初始化类加载器：主要初始化CommonLoader、CatalinaLoader以及SharedLoader；
- 解析配置文件：使用Digester组件解析Tomcat的server.xml，初始化各个组件（包含各个web应用，解析对应的web.xml进行初始化）；
- 初始化连接器：初始化声明的Connector，以指定的协议打开端口，等待请求。
不管是通过命令行启动还是通过Eclipse的WST server UI，Tomcat的启动流程是在org.apache.catalina.startup. Bootstrap类的main方法中开始的，在启动时，这个类的核心代码如下所示：
public static void main(String args[]) { if (daemon == null) { daemon = new Bootstrap();//实例化该类的一个实例 try { daemon.init();//进行初始化 } catch (Throwable t) { ……; } } try { ……//此处略去代码若干行 if (command.equals("start")) { daemon.setAwait(true); daemon.load(args);//执行load，生成组件实例并初始化 daemon.start();//启动各个组件 } ……//此处略去代码若干行 }
从以上的代码中，可以看到在Tomcat启动的时候，执行了三个关键方法即init、load、和start。后面的两个方法都是通过反射调用org.apache.catalina.startup.Catalina的同名方法完成的，所以后面在介绍时将会直接转到Catalina的同名方法。首先分析一下Bootstrap的init方法，在该方法中将会初始化一些全局的系统属性、初始化类加载器、通过反射得到Catalina实例，在这里我们重点看一下初始化类加载器的方法：
private void initClassLoaders() { try { commonLoader = createClassLoader("common", null); if( commonLoader == null ) { // no config file, default to this loader - we might be in a 'single' env. commonLoader=this.getClass().getClassLoader(); } catalinaLoader = createClassLoader("server", commonLoader); sharedLoader = createClassLoader("shared", commonLoader); } catch (Throwable t) { log.error("Class loader creation threw exception", t); System.exit(1); } }
在以上的代码总，我们可以看到初始化了三个类加载器，这三个类加载器将会有篇博文进行简单的介绍。
然后我们进入Catalina的load方法：
public void load() { //…… //初始化Digester组件，定义了解析规则 Digester digester = createStartDigester(); //……中间略去代码若干，主要作用为将server.xml文件转换为输入流 try { inputSource.setByteStream(inputStream); digester.push(this); //通过Digester解析这个文件，在此过程中会初始化各个组件实例及其依赖关系 digester.parse(inputSource); inputStream.close(); } catch (Exception e) { } // 调用Server的initialize方法，初始化各个组件 if (getServer() instanceof Lifecycle) { try { getServer().initialize(); } catch (LifecycleException e) { if (Boolean.getBoolean("org.apache.catalina.startup.EXIT_ON_INIT_FAILURE")) throw new java.lang.Error(e); else log.error("Catalina.start", e); } } }
在以上的代码中，关键的任务有两项即使用Digester组件按照给定的规则解析server.xml、调用Server的initialize方法。关于Digester组件的使用，后续会有一篇专门的博文进行讲解，而Server的initialize方法中，会发布事件并调用各个Service的initialize方法，从而级联完成各个组件的初始化。每个组件的初始化都是比较有意思的，但是我们限于篇幅先关注Connector的初始化，这可能是最值得关注的。
Connector的initialize方法，核心代码如下：
public void initialize() throws LifecycleException{ //该适配器会完成请求的真正处理 adapter = new CoyoteAdapter(this); //对于不同的实现，会有不同的ProtocolHandler实现类，我们来看 //Http11Protocol，它用来处理HTTP请求 protocolHandler.setAdapter(adapter); try { protocolHandler.init(); } catch (Exception e) { …… } }
在Http11Protocol的init方法中，核心代码如下：
public void init() throws Exception { endpoint.setName(getName());//endpoint为JIoEndpoint的实现类 endpoint.setHandler(cHandler); try { endpoint.init();//核心代码就是调用 JIoEndpoint的初始化方法 } catch (Exception ex) { …… } }
我们看到最终的初始化方法最终都会调到JIoEndpoint的init方法，网络初始化和对请求的最初处理都是通过该类及其内部类完成的，所以后续的内容将会重点关注此类：
public void init() throws Exception { if (acceptorThreadCount == 0) {//接受请求的线程数 acceptorThreadCount = 1; } if (serverSocket == null) { try { if (address == null) { //基于特定端口创建一个ServerSocket对象，准备接受请求 serverSocket = serverSocketFactory.createSocket(port, backlog); } else { serverSocket = serverSocketFactory.createSocket(port, backlog, address); } } catch (BindException orig) { …… } } }
在上面的代码中，我们可以看到此时初始化了一个ServerSocket对象，用来准备接受请求。
如果将其比作赛跑，此时已经到了“各就各位”状态，就等最终的那声“发令枪”了，而Catalina的start方法就是“发令枪”啦：
public void start() { if (getServer() == null) { load(); } if (getServer() == null) { log.fatal("Cannot start server. Server instance is not configured."); return; } if (getServer() instanceof Lifecycle) { try { ((Lifecycle) getServer()).start(); } catch (LifecycleException e) { log.error("Catalina.start: ", e); } } //…… }
此时会调用Server的start方法，这里我们重点还是关注JIoEndpoint的start方法：
public void start() throws Exception { if (!initialized) { init(); } if (!running) { running = true; paused = false; if (executor == null) { //初始化处理连接的线程，maxThread的默认值为200，这也就是为什么 //说Tomcat只能同时处理200个请求的来历 workers = new WorkerStack(maxThreads); } for (int i = 0; i < acceptorThreadCount; i++) { //初始化接受请求的线程 Thread acceptorThread = new Thread(new Acceptor(), getName() + "-Acceptor-" + i); acceptorThread.setPriority(threadPriority); acceptorThread.setDaemon(daemon); acceptorThread.start(); } } }
从以上的代码，可以看到，如果没有在server.xml中声明Executor的话，将会使用内部的一个容量为200的线程池用来后续的请求处理。并且按照参数acceptorThreadCount的设置，初始化线程来接受请求。而Acceptor是真正的幕后英雄，接受请求并分派给处理过程：
protected class Acceptor implements Runnable { public void run() { while (running) { // 接受发送过来的请求 Socket socket = serverSocketFactory.acceptSocket(serverSocket); serverSocketFactory.initSocket(socket); //处理这个请求 if (!processSocket(socket)) { //关闭连接 try { socket.close(); } catch (IOException e) { // Ignore } } } } }
从这里我们可以看到，Acceptor接受Socket请求，并调用processSocket方法来进行请求的处理。至此，Tomcat的组件整装待命，等待请求的到来。关于请求的处理，会在下篇文章中介绍。
