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Tomcat 8.5下载地址

https://tomcat.apache.org/download-80.cgi

Tomcat启动流程

Tomcat源码目录

catalina目录

catalina包含所有的Servlet容器实现,以及涉及到安全、会话、集群、部署管理Servlet容器的各个方面,同时,它还包含了启动入口。

coyote目录

coyoteTomcat链接器框架的名称,是Tomcat服务器提供的客户端访问的外部接口,客户端通过Coyote与服务器建立链接、发送请求并接收响应。

El目录,提供java表达式语言

Jasper模块提供JSP引擎

Naming模块提供JNDI的服务

Juli提供服务器日志的服务

tomcat提供外部调用的接口api

Tomcat启动流程分析

  1. 启动流程解析:注意是标准的启动,也就是从bin目录下的启动文件中启动Tomcat

 

 

我们可以看到这个流程非常的清晰,同时注意到,Tomcat的启动非常的标准,除去BoostrapCatalin,我们可以对照一下Server.xml的配置文件。Server,service等等这些组件都是一一对照,同时又有先后顺序。

基本的顺序是先init方法,然后再start方法。

  1. 加入调试信息():注意是标准的启动,也就是从bin目录下的启动文件中启动Tomcat

 

 

 

 

可以看到,在源码中加入调试的信息和流程图是一致的。

我们可以看到,除了Bootstrapcatalina类,其他的Server,service等等之类的都只是一个接口,实现类均为StandardXXX类。

我们来看下StandardServer类,

 

 

问题来了,我们发现StandardServer类中没有init方法,只有一个类似于initinitInternal方法,这个是为什么?

带着问题我们进入下面的内容。

分析Tomcat请求过程

解耦:网络协议与容器的解耦。

Connector链接器封装了底层的网络请求(Socket请求及相应处理),提供了统一的接口,使Container容器与具体的请求协议以及I/O方式解耦。

ConnectorSocket输入转换成Request对象,交给Container容器进行处理,处理请求后,Container通过Connector提供的Response对象将结果写入输出流。

因为无论是Request对象还是Response对象都没有实现Servlet规范对应的接口,Container会将它们进一步分装成ServletRequestServletResponse.

问题来了,在Engine容器中,有四个级别的容器,他们的标准实现分别是StandardEngineStandardHostStandardContextStandardWrapper

 

组件的生命周期管理

各种组件如何统一管理

Tomcat的架构设计是清晰的、模块化、它拥有很多组件,加入在启动Tomcat时一个一个组件启动,很容易遗漏组件,同时还会对后面的动态组件拓展带来麻烦。如果采用我们传统的方式的话,组件在启动过程中如果发生异常,会很难管理,比如你的下一个组件调用了start方法,但是如果它的上级组件还没有start甚至还没有init的话,Tomcat的启动会非常难管理,因此,Tomcat的设计者提出一个解决方案:用Lifecycle管理启动,停止、关闭。

生命周期统一接口——Lifecycle

Tomcat内部架构中各个核心组件有包含与被包含关系,例如:Server包含了Service.Service又包含了ContainerConnector,这个结构有一点像数据结构中的树,树的根结点没有父节点,其他节点有且仅有一个父节点,每一个父节点有0至多个子节点。所以,我们可以通过父容器启动它的子容器,这样只要启动根容器,就可以把其他所有的容器都启动,从而达到了统一的启动,停止、关闭的效果。

所有所有组件有一个统一的接口——Lifecycle,把所有的启动、停止、关闭、生命周期相关的方法都组织到一起,就可以很方便管理Tomcat各个容器组件的生命周期。

Lifecycle其实就是定义了一些状态常量和几个方法,主要方法是init,start,stop三个方法。

例如:TomcatServer组件的init负责遍历调用其包含所有的Service组件的init方法。

注意:Server只是一个接口,实现类为StandardServer,有意思的是,StandardServer没有init方法,init方法是在哪里,其实是在它的父类LifecycleBase中,这个类就是统一的生命周期管理。

 

 

 

 

 

所以StandardServer最终只会调用到initInternal方法,这个方法会初始化子容器Serviceinit方法

 

 

为什么LifecycleBase这么玩,其实很多架构源码都是这么玩的,包括JDK的容器源码都是这么玩的,一个类,有一个接口,同时抽象一个抽象骨架类,把通用的实现放在抽象骨架类中,这样设计就方便组件的管理,使用LifecycleBase骨架抽象类,在抽象方法中就可以进行统一的处理,具体的内容见下面。

抽象类LifecycleBase统一管理组件生命周期

 

 

 

 

 

 

具体实现类StandardXXX类调用initInternal方法实现具体的业务处理。

 

 

分析Tomcat请求过程

Host设计的目的

Tomcat诞生时,服务器资源很贵,所以一般一台服务器其实可以有多个域名映射,满了满足这种需求,比如,我的这台电脑,有一个localhost域名,同时在我的hosts文件中配置两个域名,一个www.a.com  一个localhost

Context设计的目的


container从上一个组件connector手上接过解析好的内部request,根据request来进行一系列的逻辑操作,直到调用到请求的servlet,然后组装好response,返回给connecotr

先来看看container的分类吧:
Engine
Host
Context
Wrapper
它们各自的实现类分别是StandardEngine, StandardHost, StandardContext, and StandardWrapper,他们都在tomcatorg.apache.catalina.core包下。

它们之间的关系,可以查看tomcatserver.xml也能明白(根据节点父子关系),这么比喻吧:除了Wrapper最小,不能包含其他container外,Context内可以有零或多个WrapperHost可以拥有零或多个HostEngine可以有零到多个Host

Standard container都是直接继承抽象类:org.apache.catalina.core.ContainerBase

 

 

 

Tomcat处理一个HTTP请求的过程

用户点击网页内容,请求被发送到本机端口8080,被在那里监听的Coyote HTTP/1.1 Connector获得。

Connector把该请求交给它所在的ServiceEngine来处理,并等待Engine的回应。

Engine获得请求localhost/test/index.jsp,匹配所有的虚拟主机Host

Engine匹配到名为localhostHost(即使匹配不到也把请求交给该Host处理,因为该Host被定义为该Engine的默认主机),名为localhostHost获得请求/test/index.jsp,匹配它所拥有的所有的ContextHost匹配到路径为/testContext(如果匹配不到就把该请求交给路径名为“ ”Context去处理)。

path=“/test”Context获得请求/index.jsp,在它的mapping table中寻找出对应的ServletContext匹配到URL PATTERN*.jspServlet,对应于JspServlet类。

构造HttpServletRequest对象和HttpServletResponse对象,作为参数调用JspServletdoGet()或doPost().执行业务逻辑、数据存储等程序。

Context把执行完之后的HttpServletResponse对象返回给Host

HostHttpServletResponse对象返回给Engine

EngineHttpServletResponse对象返回Connector

ConnectorHttpServletResponse对象返回给客户Browser

 

管道模式

管道与阀门

在一个比较复杂的大型系统中,如果一个对象或数据流需要进行繁杂的逻辑处理,我们可以选择在一个大的组件中直接处理这些繁杂的逻辑处理,这个方式虽然达到目的,但是拓展性和可重用性差。因为牵一发而动全身。

管道是就像一条管道把多个对象连接起来,整体看起来就像若干个阀门嵌套在管道中,而处理逻辑放在阀门上。

它的结构和实现是非常值得我们学习和借鉴的。

首先要了解的是每一种container都有一个自己的StandardValve
上面四个container对应的四个是:
StandardEngineValve

StandardHostValve
StandardContextValve

StandardWrapperValve

Pipeline就像一个工厂中的生产线,负责调配工人(valve)的位置,valve则是生产线上负责不同操作的工人。
一个生产线的完成需要两步:
1,把原料运到工人边上
2,工人完成自己负责的部分

tomcatPipeline实现是这样的:
1,在生产线上的第一个工人拿到生产原料后,二话不说就人给下一个工人,下一个工人模仿第一个工人那样扔给下一个工人,直到最后一个工人,而最后一个工人被安排为上面提过的StandardValve,他要完成的工作居然是把生产资料运给自己包含的containerPipeline上去。
2,四个container就相当于有四个生产线(Pipeline),四个Pipeline都这么干,直到最后的StandardWrapperValve拿到资源开始调用servlet。完成后返回来,一步一步的valve按照刚才丢生产原料是的顺序的倒序一次执行。如此才完成了tomcatPipeline的机制。

手写管道模式实现

我们了解到了,在管道中连接一个或者多个阀门,每一个阀门负责一部分逻辑处理,数据按照规定的顺序往下流。此种模式分解了逻辑处理任务,可方便对某个任务单元进行安装、拆卸,提高流程的可拓展性,可重用性,机动性,灵活性。

源码分析

CoyoteAdapterservice方法里,由下面这一句就进入Container的。
connector.getContainer().getPipeline().getFirst().invoke(request, response);  
是的,这就是进入container迷宫的大门,欢迎来到Container

 

 

一个StandardValve

来自org.apache.catalina.core.StandardEngineValveinvoke方法:

 

 

其他的类似StandardHostValve、StandardContextValve、StandardWrapperValve

Tomcat中定制阀门

管道机制给我们带来了更好的拓展性,例如,你要添加一个额外的逻辑处理阀门是很容易的。

  1. 自定义个阀门PrintIPValve,只要继承ValveBase并重写invoke方法即可。注意在invoke方法中一定要执行调用下一个阀门的操作,否则会出现异常。

public class PrintIPValve extends ValveBase{

    @Override

    public void invoke(Request request, Response response) throws IOException, ServletException {

        System.out.println("------自定义阀门PrintIPValve:"+request.getRemoteAddr());

        getNext().invoke(request,response);

    }

}

  1. 配置Tomcat的核心配置文件server.xml,这里把阀门配置到Engine容器下,作用范围就是整个引擎,也可以根据作用范围配置在Host或者是Context

<Valve className="org.apache.catalina.valves.PrintIPValve"/>

  1. 源码中是直接可以有效果,但是如果是运行版本,则可以将这个类导出成一个Jar包放入Tomcat/lib目录下,也可以直接将.class文件打包进catalina.jar包中。

Tomcat中提供常用的阀门

AccessLogValve,请求访问日志阀门,通过此阀门可以记录所有客户端的访问日志,包括远程主机IP,远程主机名,请求方法,请求协议,会话ID,请求时间,处理时长,数据包大小等。它提供任意参数化的配置,可以通过任意组合来定制访问日志的格式。

JDBCAccessLogValve,同样是记录访问日志的阀门但是它有助于将访问日志通过JDBC持久化到数据库中。

ErrorReportValve,这是一个讲错误以HTML格式输出的阀门

PersistentValve,这是对每一个请求的会话实现持久化的阀门

RemoteAddrValve,访问控制阀门可以通过配置决定哪些IP可以访问WEB应用

RemoteHostValve,访问控制阀门通过配置觉得哪些主机名可以访问WEB应用

RemoteIpValve,针对代理或者负载均衡处理的一个阀门一般经过代理或者负载均衡转发的请求都将自己的IP添加到请求头”X-Forwarded-For”中,此时,通过阀门可以获取访问者真实的IP

SemaphoreValve,这个是一个控制容器并发访问的阀门,可以作用在不同容器上。

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