Tomcat顶层组件的启动流程

我不是女神ヾ 2023-10-13 21:43 6阅读 0赞

## 一、启动流程 ##

在我们初学Tomcat的时候，会去官网下载，解压之后运行bin目录下的startup.sh/startup.bat。

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1、Tomcat是用Java编写的一个程序，所以是需要在JVM上运行，通过启动脚本来运行Tomcat的启动类Bootstrap。

2、Bootstrap是一个启动类，主要任务就是初始化Tomcat的类加载器，并且创建Catalina。

3、Catalina是一个启动类，它回去解析server.xml，创建对应的组件，并调用Server的start方法。

4、Server组件负责管理Service组件，调用Service的start方法。

5、Service组件的职责就是管理连接器和顶层容器Engine，所以它会调用Engine和连接器的start方法。

由此可见，Tomcat的顶层们各有各自负责的事情，它们并不处理具体的请求，它们做的事"管理"。

## 二、Catalina的start方法 ##

Catalina负责创建Server，解析server.xml中的`<server></server>`创建Server，并将Server里面的组件都创建出来，紧接着调用Server组件的init方法和start方案，这样整个Tomcat就启动起来了。Tomcat还会监听停止操作，例如使用者主动停止，异常停止等，当发生这些情况是，需要优雅停止并且清理资源，此时JVM钩子就可以派上用场了，注册一个JVM关闭钩子，可以在JVM停止的时候进行一些处理，例如资源的回收。像我们在使用线程池的时候也可以注册一个关闭钩子，优雅关闭线程池回收资源。

java

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`public void start() { // 如果Server实列为空，那么就解析server.xml创建出来 if (this.getServer() == null) { this.load(); } // 如果创建失败，报错退出 if (this.getServer() == null) { log.fatal(sm.getString("catalina.noServer")); } else { long t1 = System.nanoTime(); try { // 启动Server this.getServer().start(); } catch (LifecycleException var6) { log.fatal(sm.getString("catalina.serverStartFail"), var6); try { this.getServer().destroy(); } catch (LifecycleException var5) { log.debug("destroy() failed for failed Server ", var5); } return; } if (log.isInfoEnabled()) { log.info(sm.getString("catalina.startup", new Object[]{Long.toString(TimeUnit.NANOSECONDS.toMillis(System.nanoTime() - t1))})); } // 创建注册钩子 if (this.useShutdownHook) { if (this.shutdownHook == null) { this.shutdownHook = new Catalina.CatalinaShutdownHook(); } Runtime.getRuntime().addShutdownHook(this.shutdownHook); LogManager logManager = LogManager.getLogManager(); if (logManager instanceof ClassLoaderLogManager) { ((ClassLoaderLogManager)logManager).setUseShutdownHook(false); } } // 监听停止请求 if (this.await) { this.await(); this.stop(); } } }`

## 三、Server组件 ##

Server组件的实现类是StandardServer。Server继承了LifeCycleBase，因此生命周期被统一管理，并且它的子组件是Service，因此需要管理Service的生命周期，也就是在Server组件需要调用Service的启动和停止的方法。因此在Server内部维护者若干个Service组件。

java

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`public void addService(Service service) { service.setServer(this); synchronized(this.servicesLock) { // 创建一个新的长度+1的数组 Service[] results = new Service[this.services.length + 1]; // 把旧数组复制到新的数组上 System.arraycopy(this.services, 0, results, 0, this.services.length); results[this.services.length] = service; this.services = results; // 启动service if (this.getState().isAvailable()) { try { service.start(); } catch (LifecycleException var6) { } } // 出发监听事件 this.support.firePropertyChange("service", (Object)null, service); } }`

可见当添加一个新的Service，会创建一个新的数组长度是原数组的长度+1，并把原数组的内容复制过去，然后再把新的Service添加进新数组，这样做的目的是为了节省内容空间。

Server组件还有一个重要的任务就是启动一个Socket来监听停止端口，所以我们可以通过Tomcat提供的停止脚本来停止Tomcat。在上面的Catalina的start方法最后调用了await方法，Catalina的await方法只是再调用Server的await方法：

java

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`// Catalina.java public void await() { this.getServer().await(); }`

在 await 方法里会创建一个 Socket 监听 8005 端口（server.xml），并在一个死循环里接收 Socket 上的连接请求，如果有新的连接到来就建立连接，然后从 Socket 中读取数据；如果读到的数据是停止命令“SHUTDOWN”，就退出循环，进入 stop 流程。

## 四、Service组件 ##

Tomcat中Service是个接口，具体的实现类是StandardService。

java

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`public class StandardService extends LifecycleMBeanBase implements Service { private static final Log log = LogFactory.getLog(StandardService.class); // Service的name private String name = null; private static final StringManager sm = StringManager.getManager("org.apache.catalina.core"); // Server实例 private Server server = null; protected final PropertyChangeSupport support = new PropertyChangeSupport(this); // 连接器数组 protected Connector[] connectors = new Connector[0]; private final Object connectorsLock = new Object(); protected final ArrayList<Executor> executors = new ArrayList(); // 对应的Engine容器 private Engine engine = null; private ClassLoader parentClassLoader = null; // 映射器以及其监听器 protected final Mapper mapper = new Mapper(); protected final MapperListener mapperListener = new MapperListener(this); //.... }`

StandardService 继承了 LifecycleBase 抽象类，此外 StandardService 中还有一些我们熟悉的组件，比如 Server、Connector、Engine 和 Mapper。

因为Tomcat支持热部署，当Web应用的部署发生变化时，Mapper中的映射信息也要跟着变化，MapperListener就是一个监听器，监听容器的变化，并把信息更新到Mapper中，这是典型的观察者模式。

又到我们常说的Tomcat的组件时上层控制下层的启动，那么来看一下Service的启动方法：

java

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`protected void startInternal() throws LifecycleException { //1. 触发启动监听器 setState(LifecycleState.STARTING); //2. 先启动 Engine，Engine 会启动它子容器 if (engine != null) { synchronized (engine) { engine.start(); } } //3. 再启动 Mapper 监听器 mapperListener.start(); //4. 最后启动连接器，连接器会启动它子组件，比如 Endpoint synchronized (connectorsLock) { for (Connector connector: connectors) { if (connector.getState() != LifecycleState.FAILED) { connector.start(); } } } }`

Service 先启动了 Engine 组件，再启动 Mapper 监听器，最后才是启动连接器。这很好理解，因为内层组件启动好了才能对外提供服务，才能启动外层的连接器组件。而 Mapper 也依赖容器组件，容器组件启动好了才能监听它们的变化，因此 Mapper 和 MapperListener 在容器组件之后启动。组件停止的顺序跟启动顺序正好相反的，也是基于它们的依赖关系。

## 五、Engine组件 ##

Engine 本质是一个容器，在Tomcat中Engine是个接口实现类是StandardEngine，因此它继承了 ContainerBase 基类，并且实现了 Engine 接口。

Engine 的子容器是 Host，所以它持有了一个 Host 容器的数组，这些功能都被抽象到了 ContainerBase 中，在ContainerBase中有个一个Map来存储

java

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`protected final HashMap<String, Container> children = new HashMap<>();`

ContainerBase 用 HashMap 保存了它的子容器，并且 ContainerBase 还实现了子容器的“增删改查”，甚至连子组件的启动和停止都提供了默认实现，

java

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`// StandardEngine.java protected synchronized void startInternal() throws LifecycleException { if (log.isInfoEnabled()) { log.info(sm.getString("standardEngine.start", new Object[]{ServerInfo.getServerInfo()})); } // 调用父类(ContainerBase)的启动方法 super.startInternal(); }`

在ContainerBase中会用专门的线程池来启动子容器。如下：

java

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`for(int var7 = 0; var7 < var6; ++var7) { Container child = var5[var7]; results.add(this.startStopExecutor.submit(new ContainerBase.StartChild(child))); }`

Engine 容器对请求的“处理”，其实就是把请求转发给某一个 Host 子容器来处理，具体是通过 Valve 来实现的。每一个容器组件都有一个 Pipeline，而 Pipeline 中有一个基础阀（Basic Valve），而 Engine 容器的基础阀定义如下：

java

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`final class StandardEngineValve extends ValveBase { public StandardEngineValve() { super(true); } public final void invoke(Request request, Response response) throws IOException, ServletException { Host host = request.getHost(); if (host != null) { if (request.isAsyncSupported()) { request.setAsyncSupported(host.getPipeline().isAsyncSupported()); } host.getPipeline().getFirst().invoke(request, response); } } }`

这个基础阀实现非常简单，就是把请求转发到 Host 容器。从代码中可以看到，处理请求的 Host 容器对象是从请求中拿到的，请求对象中怎么会有 Host 容器呢？这是因为请求到达 Engine 容器中之前，Mapper 组件已经对请求进行了路由处理，Mapper 组件通过请求的 URL 定位了相应的容器，并且把容器对象保存到了请求对象中。

## 六、总结 ##

Tomcat的启动过程是启动类和顶层组件来完成，他们承担着管理的角色，负责将子组件创建出来，并拼装在一起，同时掌控着子组件的“生老病死”。

在我们设计组件的时候应该思考用那些合适的数据接口来存储，像用数组来存储Service组件，每次都新建数组，复制，添加新Service组件。数组的结构简单，占用的内存小。使用HashMap来保存子容器，虽然Map占用的内存多一点，但是一次性哈希就能快速找到子容器，这就是空间换时间。

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