学习Tomcat（二）之容器概览

布满荆棘的人生 2022-09-11 15:17 234阅读 0赞

Tomcat容器的Server模块有管理容器的启动和关闭、管理了容器内的服务组件Service、管理了全局JNDI资源的功能，对Tomcat容器的生命周期管理有重要意义。Tomcat的服务组件则是Tomcat的两个核心组件连接器和servlet容器之间的桥梁。本文会对Tomcat容器的服务器组件Server和服务组件Service进行介绍。

# 服务器组件Server #

我们知道Tomcat容器启动之后就可以一直保持服务，即使请求出现异常也不会退出，只有在收到特定的容器关闭命令时才会退出。Tomcat容器是怎么实现容器的启动？启动之后是如何保证容器一直保持运行？在收到容器关闭命令的时候怎么优雅关闭的呢？这就是Tomcat容器中的Server的功能了。

每个Tomcat容器都会唯一包含一个Server组件，对应于Tomcat安装文件夹下面的server.xml。下面为Tomcat10安装包中conf/server.xml的默认配置。分析xml可知，server节点有 port和shutdown属性，包含Listener、GlobalNamintResources和Service三部分子节点。下文我们会分别对这些内容进行介绍。

<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?>
    <Server port="8005" shutdown="SHUTDOWN">
      <Listener className="org.apache.catalina.startup.VersionLoggerListener" />
      <Listener className="org.apache.catalina.core.AprLifecycleListener" SSLEngine="on" />
      <Listener className="org.apache.catalina.core.JreMemoryLeakPreventionListener" />
      <Listener className="org.apache.catalina.mbeans.GlobalResourcesLifecycleListener" />
      <Listener className="org.apache.catalina.core.ThreadLocalLeakPreventionListener" />
    
      <GlobalNamingResources>
        <Resource name="UserDatabase" auth="Container"
                  type="org.apache.catalina.UserDatabase"
                  description="User database that can be updated and saved"
                  factory="org.apache.catalina.users.MemoryUserDatabaseFactory"
                  pathname="conf/tomcat-users.xml" />
      </GlobalNamingResources>
      <Service name="Catalina">
        <Connector port="8080" protocol="HTTP/1.1"
                   connectionTimeout="20000"
                   redirectPort="8443" />
        <Engine name="Catalina" defaultHost="localhost">
          <Realm className="org.apache.catalina.realm.LockOutRealm">
            <Realm className="org.apache.catalina.realm.UserDatabaseRealm"
                   resourceName="UserDatabase"/>
          </Realm>
    
          <Host name="localhost"  appBase="webapps"
                unpackWARs="true" autoDeploy="true">
                <Valve className="org.apache.catalina.valves.AccessLogValve" directory="logs"
                   prefix="localhost_access_log" suffix=".txt"
                   pattern="%h %l %u %t "%r" %s %b" />
    
          </Host>
        </Engine>
      </Service>
    </Server>

## Server的启动/停止 ##

通过上文可以知道，Server组件重要的就是控制Tomcat容器的启动/停止，然而启动停止并不是简单的启动JVM关闭JVM就可以了，Tomcat容器启动/停止是还必须调用容器内所有组件的生命周期方法，启动时需要所有的组件进行初始化，结束时需要所有的组件进行销毁和资源释放。

### JVM的启动/停止 ###

JVM的启动比较简单，我们在运行tomcat启动脚本的时候，会启动tomcat的Jar文件，从而启动JVM。

关于JVM的退出则稍微复杂一些，JVM退出的方式分为以下三种类型：

1.  正常关闭：当最后一个非守护线程结束或者调用了System.exit或者通过其他特定平台的方法关闭（发送SIGINT，SIGTERM信号等）
2.  异常关闭：运行中遇到RuntimeException异常等。
3.  强制关闭：通过调用Runtime.halt方法或者是在操作系统中直接kill(发送SIGKILL信号)掉JVM进程

![Java虚拟机的退出][Java]

对于正常关闭和异常关闭，JVM都有机会执行关闭的Hook方法，对于强制关闭则不一定会执行关闭时的hook方法。所以我们在日常使用中应该尽量避免使用kill -9等方法退出JVM。

JVM注册Shutdown Hook的方法如下所示：

Runtime.getRuntime().addShutdownHook(new Thread() {
        @Override
        public void run() {
            //
        }
    });

Tomcat容器启动的时候会通过`Runtime.getRuntime().addShutdownHook(Runnable run)`方法向JVM注册关闭回调方法CatalinaShutdownHook，从而实现容器的优雅关闭。

### Tomcat关闭接口 ###

我们上面讲了JVM退出的情况下Tomcat怎么实现优雅的关闭，Tomcat也可以主动关闭程序，我们在配置server.xml文件的时候，会指定server的port和shutdown指令，在需要关闭Tomcat容器的时候，我们只需要向指定端口发送关闭指令，Tomcat就会主动退出服务。

<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?>
    <Server port="8005" shutdown="SHUTDOWN">
    </Server>

### 生命周期的控制 ###

Tomcat中需要实现声明周期管理的组件都会实现Lifecycle接口。通过上文我们知道Tomcat的启动/停止是由Server控制的，那么Server是如何通知容器内的其它组件（如container、connector）启动/停止相关事件的呢？我们先看看Tomcat的结构图，我们可以看到Tomcat容器的组件之间是一层层包含关系，一个Server包含多个Service，一个Service包含多个Container等等。

Tomcat容器在关闭的时候会通知所有的子组件（service组件）容器关闭事件，service组件再通知它的所有子组件容器关闭事件。事件通过父子关系层层传递到各个组件，从而实现组件之间的生命周期管理。

![Tomcat结构图][Tomcat]

事实上Tomcat容器的生命周期事件不仅仅包含启动/关闭，而是更详细的划分了启动关闭的各个阶段，分为以下代码示例中的各个事件。

public static final String BEFORE_INIT_EVENT = "before_init";
        public static final String AFTER_INIT_EVENT = "after_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 AFTER_DESTROY_EVENT = "after_destroy";
        public static final String BEFORE_DESTROY_EVENT = "before_destroy";
        public static final String PERIODIC_EVENT = "periodic";
        public static final String CONFIGURE_START_EVENT = "configure_start";
        public static final String CONFIGURE_STOP_EVENT = "configure_stop";

## Service服务组件 ##

Server中Service的配置如下所示，Service组件包含两种组件：连接器和Servlet容器，其中servlet容器只有一个，连接器可以由多个。多个连接器可以使Tomcat为多种不同的请求协议提供服务，比如一个处理HTTP请求，另外一个处理HTTPS请求。

连接器负责将Socket请求解析为Request和Response，而Servlet容器则负责根据业务逻辑处理请求中的Request和Response，Service服务组件则负责把二者关联起来。我会在其它文章中详细介绍Servlet容器和连接器Connector。

每个连接器组件Connector都可以指定一个Servlet容器处理其解析得到的Request和Response，所以Service的功能比较简单，就是为Service中的每个组件设置Servlet容器。

# Server的其它配置 #

## 全局资源GlobalNamingResources ##

提供了容器级别的JNDI资源配置。比如下面的默认配置，就提供了Tomcat用户数据的JNDI，存储在conf/tomcat-users.xml中。容器资源对容器的依赖性比较高，现在的使用场景比较少。

## 监听器Listener ##

监听器用来监听容器的特定事件，如容器的启动关闭事件等。如下所示，默认的server.xml中包含了5个监听器，我们接下来会简单介绍默认监听器的功能。

1.  VersionLoggerListener：在容器启动前打印各种版本信息，如JVM版本、操作系统版本、tomcat版本等信息。
2.  AprLifecycleListener：APR的生命周期处理，APR(Apache portable Run-time libraries，Apache可移植运行库)的目的如其名称一样，主要为上层的应用程序提供一个可以跨越多操作系统[java教程][java]平台使用的底层支持接口库。
3.  JreMemoryLeakPreventionListener：用于处理上下文类加载器可能出现的内存泄露问题，启动Java内存自动回收任务，每小时触发FullGC。
4.  GlobalResourcesLifecycleListener：Tomcat启动时实例化JNDI资源的MBean，Tomcat停止时销毁MBean.
5.  ThreadLocalLeakPreventionListener：在Context关闭的时候清空线程上下文，防止ThreadLocal内存泄露。

[Java]: /images/20220828/e84f8015319d45e3a0412adcc8e1f51a.png
[Tomcat]: /images/20220828/9b1e2f4177584ef0a39f09969ce845ff.png
[java]: https://www.xin3721.com/eschool/Javaxin3721/