Tomcat源碼分析：一文帶你整體把握架構(gòu)及組件

前言

Tomcat的前身為Catalina，而Catalina又是一個輕量級的Servlet容器。在美國，catalina是一個很美的小島。所以Tomcat作者的寓意可能是想把Tomcat設(shè)計成一個優(yōu)雅美麗且輕量級的web服務(wù)器。Tomcat從4.x版本開始除了作為支持Servlet的容器外，額外加入了很多的功能，比如：jsp、el、naming等等，所以說Tomcat不僅僅是Catalina。

既然Tomcat首先是一個Servlet容器，我們應(yīng)該更多的關(guān)心Servlet。

那么，什么是Servlet呢？

在互聯(lián)網(wǎng)興起之初，當(dāng)時的Sun公司（后面被Oracle收購）已然看到了這次機(jī)遇，于是設(shè)計出了Applet來對Web應(yīng)用的支持。不過事實卻并不是預(yù)期那么得好，Sun悲催地發(fā)現(xiàn)Applet并沒有給業(yè)界帶來多大的影響。經(jīng)過反思，Sun就想既然機(jī)遇出現(xiàn)了，市場前景也非常不錯，總不能白白放棄了呀，怎么辦呢？于是又投入精力去搞一套規(guī)范出來，這時Servlet誕生了！

所謂Servlet，其實就是Sun為了讓Java能實現(xiàn)動態(tài)可交互的網(wǎng)頁，從而進(jìn)入Web編程領(lǐng)域而制定的一套標(biāo)準(zhǔn)！

一個Servlet主要做下面三件事情：

1. 創(chuàng)建并填充Request對象，包括：URI、參數(shù)、method、請求頭信息、請求體信息等
2. 創(chuàng)建Response對象
3. 執(zhí)行業(yè)務(wù)邏輯，將結(jié)果通過Response的輸出流輸出到客戶端Servlet沒有main方法，所以，如果要執(zhí)行，則需要在一個容器里面才能執(zhí)行，這個容器就是為了支持Servlet的功能而存在，Tomcat其實就是一個Servlet容器的實現(xiàn)。

整體架構(gòu)圖

整體的架構(gòu)圖如下:

從上圖我們看出，最核心的兩個組件--連接器（Connector）和容器（Container）起到心臟的作用，他們至關(guān)重要！他們的作用如下：

1. Connector用于處理連接相關(guān)的事情，并提供Socket與Request和Response相關(guān)的轉(zhuǎn)化;
2. Container用于封裝和管理Servlet，以及具體處理Request請求；

一個Tomcat中只有一個Server，一個Server可以包含多個Service，一個Service只有一個Container，但是可以有多個Connectors，這是因為一個服務(wù)可以有多個連接，如同時提供Http和Https鏈接，也可以提供向相同協(xié)議不同端口的連接,示意圖如下（Engine、Host、Context下邊會說到）：

多個 Connector 和一個 Container 就形成了一個 Service，有了 Service 就可以對外提供服務(wù)了，但是 Service 還要一個生存的環(huán)境，必須要有人能夠給她生命、掌握其生死大權(quán)，那就非 Server 莫屬了！所以整個 Tomcat 的生命周期由 Server 控制。

另外，上述的包含關(guān)系或者說是父子關(guān)系，都可以在tomcat的conf目錄下的server.xml配置文件中看出

上邊的配置文件，還可以通過下邊的一張結(jié)構(gòu)圖更清楚的理解：

下面我們逐一來分析各個組件的功能：

1. Server表示服務(wù)器，提供了一種優(yōu)雅的方式來啟動和停止整個系統(tǒng)，不必單獨(dú)啟停連接器和容器
2. Service表示服務(wù)，Server可以運(yùn)行多個服務(wù)。比如一個Tomcat里面可運(yùn)行訂單服務(wù)、支付服務(wù)、用戶服務(wù)等等
3. 每個Service可包含多個Connector和一個Container。因為每個服務(wù)允許同時支持多種協(xié)議，但是每種協(xié)議最終執(zhí)行的Servlet卻是相同的
4. Connector表示連接器，比如一個服務(wù)可以同時支持AJP協(xié)議、Http協(xié)議和Https協(xié)議，每種協(xié)議可使用一種連接器來支持
5. Container表示容器，可以看做Servlet容器

• Engine -- 引擎
• Host -- 主機(jī)
• Context -- 上下文
• Wrapper -- 包裝器

6. Service服務(wù)之下還有各種支撐組件，下面簡單羅列一下這些組件

• Manager -- 管理器，用于管理會話Session
• Logger -- 日志器，用于管理日志
• Loader -- 加載器，和類加載有關(guān)，只會開放給Context所使用
• Pipeline -- 管道組件，配合Valve實現(xiàn)過濾器功能
• Valve -- 閥門組件，配合Pipeline實現(xiàn)過濾器功能
• Realm -- 認(rèn)證授權(quán)組件

除了連接器和容器，管道組件和閥門組件也很關(guān)鍵，我們通過一張圖來看看這兩個組件

Connector和Container的微妙關(guān)系

由上述內(nèi)容我們大致可以知道一個請求發(fā)送到Tomcat之后，首先經(jīng)過Service然后會交給我們的Connector，Connector用于接收請求并將接收的請求封裝為Request和Response來具體處理，Request和Response封裝完之后再交由Container進(jìn)行處理，Container處理完請求之后再返回給Connector，最后在由Connector通過Socket將處理的結(jié)果返回給客戶端，這樣整個請求的就處理完了！

Connector最底層使用的是Socket來進(jìn)行連接的，Request和Response是按照HTTP協(xié)議來封裝的，所以Connector同時需要實現(xiàn)TCP/IP協(xié)議和HTTP協(xié)議！

Connector架構(gòu)分析

Connector用于接受請求并將請求封裝成Request和Response，然后交給Container進(jìn)行處理，Container處理完之后在交給Connector返回給客戶端。

因此，我們可以把Connector分為四個方面進(jìn)行理解：

1. Connector如何接受請求的？
2. 如何將請求封裝成Request和Response的？
3. 封裝完之后的Request和Response如何交給Container進(jìn)行處理的？

首先看一下Connector的結(jié)構(gòu)圖，如下所示：

Connector就是使用ProtocolHandler來處理請求的，不同的ProtocolHandler代表不同的連接類型，比如：Http11Protocol使用的是普通Socket來連接的，Http11NioProtocol使用的是NioSocket來連接的。

其中ProtocolHandler由包含了三個部件：Endpoint、Processor、Adapter。

1. Endpoint用來處理底層Socket的網(wǎng)絡(luò)連接，Processor用于將Endpoint接收到的Socket封裝成Request，Adapter用于將Request交給Container進(jìn)行具體的處理。
2. Endpoint由于是處理底層的Socket網(wǎng)絡(luò)連接，因此Endpoint是用來實現(xiàn)TCP/IP協(xié)議的，而Processor用來實現(xiàn)HTTP協(xié)議的，Adapter將請求適配到Servlet容器進(jìn)行具體的處理。
3. Endpoint的抽象實現(xiàn)AbstractEndpoint里面定義的Acceptor和AsyncTimeout兩個內(nèi)部類和一個Handler接口。Acceptor用于監(jiān)聽請求，AsyncTimeout用于檢查異步Request的超時，Handler用于處理接收到的Socket，在內(nèi)部調(diào)用Processor進(jìn)行處理。

Container如何處理請求的

Container處理請求是使用Pipeline-Valve管道來處理的?。╒alve是閥門之意）

Pipeline-Valve是責(zé)任鏈模式，責(zé)任鏈模式是指在一個請求處理的過程中有很多處理者依次對請求進(jìn)行處理，每個處理者負(fù)責(zé)做自己相應(yīng)的處理，處理完之后將處理后的請求返回，再讓下一個處理著繼續(xù)處理。

但是！Pipeline-Valve使用的責(zé)任鏈模式和普通的責(zé)任鏈模式有些不同！區(qū)別主要有以下兩點：

1. 每個Pipeline都有特定的Valve，而且是在管道的最后一個執(zhí)行，這個Valve叫做BaseValve，BaseValve是不可刪除的；
2. 在上層容器的管道的BaseValve中會調(diào)用下層容器的管道。

我們知道Container包含四個子容器，而這四個子容器對應(yīng)的BaseValve分別在：StandardEngineValve、StandardHostValve、StandardContextValve、StandardWrapperValve。

Pipeline的處理流程圖如下：

步驟如下：

1. Connector在接收到請求后會首先調(diào)用最頂層容器的Pipeline來處理，這里的最頂層容器的Pipeline就是EnginePipeline（Engine的管道）；
2. 在Engine的管道中依次會執(zhí)行EngineValve1、EngineValve2等等，最后會執(zhí)行StandardEngineValve，在StandardEngineValve中會調(diào)用Host管道，然后再依次執(zhí)行Host的HostValve1、HostValve2等，最后在執(zhí)行StandardHostValve，然后再依次調(diào)用Context的管道和Wrapper的管道，最后執(zhí)行到StandardWrapperValve。
3. 當(dāng)執(zhí)行到StandardWrapperValve的時候，會在StandardWrapperValve中創(chuàng)建FilterChain，并調(diào)用其doFilter方法來處理請求，這個FilterChain包含著我們配置的與請求相匹配的Filter和Servlet，其doFilter方法會依次調(diào)用所有的Filter的doFilter方法和Servlet的service方法，這樣請求就得到了處理！
4. 當(dāng)所有的Pipeline-Valve都執(zhí)行完之后，并且處理完了具體的請求，這個時候就可以將返回的結(jié)果交給Connector了，Connector在通過Socket的方式將結(jié)果返回給客戶端。

總結(jié)

好了，我們已經(jīng)從整體上看到了Tomcat的結(jié)構(gòu)，但是對于每個組件我們并沒有詳細(xì)分析。后續(xù)章節(jié)我們會從幾個方面來學(xué)習(xí)Tomcat：

1. 逐一分析各個組件
2. 通過斷點的方式來跟蹤Tomcat代碼中的一次完整請求

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