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tomcat总体架构
Tomcat 总体结构图
从上图中可以看出Tomcat的心脏是两个组件：Connector 和 Container，关于这两个组件将在后面详细介绍。Connector 组件是可以被替换，这样可以提供给服务器设计者更多的选择，因为这个组件是如此重要，不仅跟服务器的设计的本身，而且和不同的应用场景也十分相关，所以一个Container 可以选择对应多个Connector。多个Connector和一个Container 就形成了一个Service，Service 的概念大家都很熟悉了，有了Service 就可以对外提供服务了，但是Service还要一个生存的环境，必须要有人能够给她生命、掌握其生死大权，那就非Server莫属了。所以整个Tomcat的生命周期由Server控制。
以Service 作为“婚姻”
我们将 Tomcat 中 Connector、Container 作为一个整体比作一对情 侣的话，Connector 主要负责对外交流，可以比作为 Boy，Container 主要处理 Connector 接受的请求，主要是处理内部事务，可以比作为 Girl。那么这个 Service就是连接这对男女的结婚证了。是Service将它们连接在一起，共同组成一个家庭。当然要组成一个家庭还要很多其它的元素。
说白了，Service 只是在Connector 和 Container外面多包一层，把它们组装在一起，向外面提供服务，一个Service可以设置多个Connector，但是只能有一个 Container 容器。这个 Service 接口的 方法列表如下：
①Service接口
从 Service接口中定义的方法中可以看出，它主要是为了关联Connector和 Container，同时会初始化它下面的其它组件，注意接 口中它并没有规定一定要控制它下面的组件的生命周期。所有组件的 生命周期在一个 Lifecycle 的接口中控制，这里用到了一个重要的设 计模式，关于这个接口将在后面介绍。
Tomcat 中 Service接口的标准实现类是StandardService它不仅实现了 Service 借口同时还实现了 Lifecycle 接口，这样它就可以控 制它下面的组件的生命周期了。StandardService 类结构图如下：
②StandardService的类结构图
从上图中可以看出除了 Service接口的方法的实现以及控制组件生命周期的 Lifecycle 接口的实现，还有几个方法是用于在事件监听的 方法的实现，不仅是这个 Service 组件，Tomcat 中其它组件也同样 有这几个方法，这也是一个典型的设计模式，将在后面介绍。
下面看一下 StandardService 中主要的几个方法实现的代码，下面是setContainer和 addConnector 方法的源码：
③StandardService. SetContainer
这段代码很简单，其实就是先判断当前的这个 Service 有没有已经关 联了 Container，如果已经关联了，那么去掉这个关联关系——oldContainer.setService(null)。如果这个 oldContainer 已经被启动 了，结束它的生命周期。然后再替换新的关联、再初始化并开始这个新的 Container 的生命周期。最后将这个过程通知感兴趣的事件监听程序。这里值得注意的地方就是，修改Container 时要将新的 Container关联到每个Connector，还好 Container 和 Connector 没有双向关联，不然这个关联关系将会很难维护。
④StandardService. addConnector
上面是 addConnector 方法，这个方法也很简单，首先是设置关联关 系，然后是初始化工作，开始新的生命周期。这里值得一提的是，注 意 Connector 用的是数组而不是 List 集合，这个从性能角度考虑可 以理解，有趣的是这里用了数组但是并没有向我们平常那样，一开始 就分配一个固定大小的数组，它这里的实现机制是：重新创建一个当 前大小的数组对象，然后将原来的数组对象 copy 到新的数组中，这 种方式实现了类似的动态数组的功能，这种实现方式，值得我们以后拿来借鉴。
最新的Tomcat6 中 StandardService也基本没有变化，但是从Tomcat5 开始 Service、Server 和容器类都继承了MBeanRegistration接口，Mbeans 的管理更加合理。
以 Server 为“居”
前面说一对情侣因为 Service 而成为一对夫妻，有了能够组成一个家 庭的基本条件，但是它们还要有个实体的家，这是它们在社会上生存之本，有了家它们就可以安心的为人民服务了，一起为社会创造财富。
Server要完成的任务很简单，就是要能够提供一个接口让其它程序能够访问到这个 Service 集合、同时要维护它所包含的所有 Service 的生命周期，包括如何初始化、如何结束服务、如何找到别人要访问的 Service。还有其它的一些次要的任务，如您住在这个地方要向当 地政府去登记啊、可能还有要配合当地公安机关日常的安全检查什么 的。
Server的类结构图如下：
①Server的类结构图
它的标准实现类 StandardServer 实现了上面这些方法，同时也实现 了 Lifecycle、MbeanRegistration 两个接口的所有方法，下面主要看 一下 StandardServer 重要的一个方法 addService的实现：
②StandardServer.addService
从上面第一句就知道了 Service和 Server是相互关联的，Server也是和 Service 管理 Connector 一样管理它，也是将 Service 放在 一个数组中，后面部分的代码也是管理这个新加进来的 Service 的生 命周期。Tomcat6 中也是没有什么变化的。
组件的生命线“Lifecycle”
前面一直在说 Service 和 Server 管理它下面组件的生命周期，那它 们是如何管理的呢？
Tomcat 中组件的生命周期是通过Lifecycle 接口来控制的，组件只 要继承这个接口并实现其中的方法就可以统一被拥有它的组件控制 了，这样一层一层的直到一个最高级的组件就可以控制 Tomcat 中 所有组件的生命周期，这个最高的组件就是 Server，而控制 Server的是 Startup，也就是您启动和关闭Tomcat。
下面是 Lifecycle 接口的类结构图：
①Lifecycle类结构图
除了控制生命周期的 Start 和 Stop 方法外还有一个监听机制，在生命周期开始和结束的时候做一些额外的操作。这个机制在其它的框架中也被使用，如在spring 中。关于这个设计模式会在后面介绍。
Lifecycle接口的方法的实现都在其它组件中，就像前面中说的，组件的生命周期由包含它的父组件控制，所以它的 Start 方法自然就是调用它下面的组件的 Start 方法，Stop 方法也是一样。如在 Server 中 Start 方法就会调用Service组件的 Start方法，Server 的 Start方法代码如下：
②StandardServer.Start
Lifecycle接口，这样做会更加灵活。
Server的 Stop 方法代码如下：
③StandardServer.Stop
它所要做的事情也和Start方法差不多。
Connector组件
Connector组件是Tomcat中两个核心组件之一，它的主要任务是负责接收浏览器的发过来的tcp连接请求，创建个Request 和处理这个请求并把产生的Request 和 Response对象传给处理这个请求的线程，处理这个请求的线程就是Container 组件要做的事了。
由于这个过程比较复杂，大体的流程可以用下面的顺序图来解释：
①Connector处理一次请求顺序图
Tomcat5 中默认的 Connector 是 Coyote，这个 Connector 是可以选择替换的。Connector 最重要的功能就是接收连接请求然后分配线 程让 Container 来处理这个请求，所以这必然是多线程的，多线程的处理是 Connector 设计的核心。Tomcat5将这个过程更加细化，它将 Connector划分成 Connector、Processor、Protocol, 另外Coyote也定义自己的Request 和 Response对象。
下面主要看一下 Tomcat 中如何处理多线程的连接请求，先看一下Connector的主要类图：
② Connector的主要类图
看一下HttpConnector的Start 方法：
③HttpConnector.Start
threadStart()执行就会进入等待请求的状态，直到一个新的请求到来才会激活它继续执行，这个激活是在HttpProcessor 的 assign 方法中，这个方法是代码如下 ：
④ HttpProcessor.assign
创建 HttpProcessor 对象是会把 available 设为 false，所以当请求 到来时不会进入 while循环，将请求的socket 赋给当期处理的 socket，并将 available设为true，当 available设为true 是 HttpProcessor的 run方法将被激活，接下去将会处理这次请求。
Run方法代码如下：
⑤HttpProcessor.Run
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解析 socket 的过程在 process 方法中，process 方法的代码片段如 下：
⑥HttpProcessor.process
当 Connector将 socket 连接封装成 request 和 response 对象后 接下来的事情就交给 Container 来处理了。
Servlet容器“Container”
Container是容器的父接口，所有子容器都必须实现这个接口，Container容器的设计用的是典型的责任链的设计模式，它有四个子 容器组件构成，分别是：Engine、Host、Context、Wrapper，这四个组件不是平行的，而是父子关系，Engine包含 Host,Host 包含 Context，Context 包含 Wrapper。通常一个 Servlet class 对应一个 Wrapper，如果有多个 Servlet 就可以定义多个 Wrapper，如果有多 个 Wrapper 就要定义一个更高的Container 了，如 Context， Context 通常就是对应下面这个配置：
①Server.xml
②容器的总体设计
Context 还可以定义在父容器Host中，Host 不是必须的，但是要运行 war 程序，就必须要 Host，因为 war 中必有 web.xml 文件， 这个文件的解析就需要 Host 了，如果要有多个 Host 就要定义一个 top 容器 Engine 了。而 Engine 没有父容器了，一个 Engine 代表 一个完整的 Servlet 引擎。
那么这些容器是如何协同工作的呢？先看一下它们之间的关系图：
① 四个容器的关系图
当 Connector接受到一个连接请求时，将请求交给Container， Container是如何处理这个请求的？这四个组件是怎么分工的，怎么 把请求传给特定的子容器的呢？又是如何将最终的请求交给 Servlet处理。下面是这个过程的时序图：
②Engine和Host 处理请求的时序图
这里看到了 Valve 是不是很熟悉，没错 Valve 的设计在其他框架中 也有用的，同样 Pipeline的原理也基本是相似的，它是一个管道，Engine和 Host都会执行这个 Pipeline，您可以在这个管道上增加 任意的 Valve，Tomcat 会挨个执行这些Valve，而且四个组件都会 有自己的一套 Valve 集合。您怎么才能定义自己的Valve 呢？在server.xml 文件中可以添加，如给 Engine 和 Host 增加一个 Valve如下：
③Server.xml
StandardEngineValve和 StandardHostValve是 Engine和 Host的默认的 Valve，它们是最后一个Valve 负责将请求传给它们的子 容器，以继续往下执行。
前面是 Engine和 Host容器的请求过程，下面看Context 和Wrapper 容器时如何处理请求的。下面是处理请求的时序图：
④Context 和wrapper 的处理请求时序图
从 Tomcat5 开始，子容器的路由放在了 request 中，request 中保 存了当前请求正在处理的 Host、Context 和 wrapper。
③Engine 容器
Engine容器比较简单，它只定义了一些基本的关联关系，接口类图如下：
①Engine 接口的类结构
它的标准实现类是StandardEngine，这个类注意一点就是 Engine没有父容器了，如果调用 setParent 方法时将会报错。添加子容器也 只能是 Host 类型的，代码如下：
②StandardEngine. addChild
它的初始化方法也就是初始化和它相关联的组件，以及一些事件的监听。
④Host容器
Host是 Engine 的字容器，一个Host在 Engine中代表一个虚拟主机，这个虚拟主机的作用就是运行多个应用，它负责安装和展开这些应用，并且标识这个应用以便能够区分它们。它的子容器通常是Context，它除了关联子容器外，还有就是保存一个主机应该有的信 息。
①Host 相关的类图
从上图中可以看出除了所有容器都继承的ContainerBase外， StandardHost还实现了Deployer 接口，上图清楚的列出了这个接口的主要方法，这些方法都是安装、展开、启动和结束每个web application。
Deployer 接口的实现是 StandardHostDeployer，这个类实现了的最要的几个方法，Host 可以调用这些方法完成应用的部署等。
⑤Context容器
Context 代表 Servlet 的 Context，它具备了 Servlet 运行的基本环 境，理论上只要有 Context 就能运行Servlet 了。简单的 Tomcat可以没有 Engine 和 Host。
Context 最重要的功能就是管理它里面的Servlet实例，Servlet 实 例在 Context 中是以Wrapper 出现的，还有一点就是 Context 如 何才能找到正确的Servlet 来执行它呢？Tomcat5以前是通过一 个 Mapper 类来管理的，Tomcat5 以后这个功能被移到了request 中，在前面的时序图中就可以发现获取子容器都是通过request 来分配的。
Context 准备 Servlet 的运行环境是在 Start 方法开始的，这个方法 的代码片段如下：
①StandardContext.start
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<span style="font-size:18px;">public synchronized void start() throws LifecycleException {
………
if( !initialized ) {
try {
init();
} catch( Exception ex ) {
throw new LifecycleException("Error initializaing ", ex);
}
}
………
lifecycle.fireLifecycleEvent(BEFORE_START_EVENT, null);
setAvailable(false);
setConfigured(false);
boolean ok = true;
File configBase = getConfigBase();
if (configBase != null) {
if (getConfigFile() == null) {
File file = new File(configBase, getDefaultConfigFile());
setConfigFile(file.getPath());
try {
File appBaseFile = new File(getAppBase());
if (!appBaseFile.isAbsolute()) {
appBaseFile = new File(engineBase(), getAppBase());
}
String appBase = appBaseFile.getCanonicalPath();
String basePath =
(new File(getBasePath())).getCanonicalPath();
if (!basePath.startsWith(appBase)) {
Server server = ServerFactory.getServer();
((StandardServer) server).storeContext(this);
}
} catch (Exception e) {
log.warn("Error storing config file", e);
}
} else {
try {
String canConfigFile = (new File(getConfigFile())).getCanonicalPath();
if (!canConfigFile.startsWith (configBase.getCanonicalPath())) {
File file = new File(configBase, getDefaultConfigFile());
if (copy(new File(canConfigFile), file)) {
—————————————————————————————
setConfigFile(file.getPath());
}
}
} catch (Exception e) {
log.warn("Error setting config file", e);
}
}
}
………
Container children[] = findChildren();
for (int i = 0; i < children.length; i++) {
if (children[i] instanceof Lifecycle)
((Lifecycle) children[i]).start();
}
if (pipeline instanceof Lifecycle)
((Lifecycle) pipeline).start();
………
}
</span>
它主要是设置各种资源属性和管理组件，还有非常重要的就是启动子容器和 Pipeline。
我们知道 Context 的配置文件中有个 reloadable 属性，如下面配置：
②Server.xml
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<span style="font-size:18px;"><Context
path="/library"
—————————————————————————————
docBase="D:\projects\library\deploy\target\library.war"
reloadable="true"
/>
</span>
当这个 reloadable 设为 true 时，war被修改后 Tomcat 会自动的重新加载这个应用。如何做到这点的呢? 这个功能是在StandardContext的 backgroundProcess 方法中实现的，这个方法的代码如下：
③StandardContext. backgroundProcess
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<span style="font-size:18px;">public void backgroundProcess() {
if (!started) return;
count = (count + 1) % managerChecksFrequency;
if ((getManager() != null) && (count == 0)) {
try {
getManager().backgroundProcess();
} catch ( Exception x ) {
log.warn("Unable to perform background process on manager",x);
}
}
if (getLoader() != null) {
if (reloadable && (getLoader().modified())) {
try {
Thread.currentThread().setContextClassLoader
(StandardContext.class.getClassLoader());
reload();
} finally {
if (getLoader() != null) {
Thread.currentThread().setContextClassLoader
(getLoader().getClassLoader());
}
}
}
if (getLoader() instanceof WebappLoader) {
((WebappLoader) getLoader()).closeJARs(false);
}
}
}
</span>
它会调用 reload 方法，而 reload方法会先调用 stop方法然后再调用 Start 方法，完成Context 的一次重新加载。可以看出执行reload方法的条件是reloadable 为 true 和应用被修改，那么这个backgroundProcess 方法是怎么被调用的呢？
这个方法是在 ContainerBase 类中定义的内部类ContainerBackgroundProcessor被周期调用的，这个类是运行在一个后台线程中，它会周期的执行 run 方法，它的 run 方法会周期调 用所有容器的 backgroundProcess 方法，因为所有容器都会继承ContainerBase类，所以所有容器都能够在backgroundProcess 方 法中定义周期执行的事件。
⑥Wrapper容器
Wrapper 代表一个Servlet，它负责管理一个 Servlet，包括的 Servlet的装载、初始化、执行以及资源回收。Wrapper是最底层的 容器，它没有子容器了，所以调用它的 addChild 将会报错。
Wrapper 的实现类是 StandardWrapper，StandardWrapper 还实现 了拥有一个 Servlet 初始化信息的ServletConfig，由此看出 StandardWrapper 将直接和Servlet的各种信息打交道。
下面看一下非常重要的一个方法loadServlet，代码片段如下：
①StandardWrapper.loadServlet
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<span style="font-size:18px;">public synchronized Servlet loadServlet() throws ServletException {
………
Servlet servlet;
try {
………
ClassLoader classLoader = loader.getClassLoader();
………
Class classClass = null;
………
servlet = (Servlet) classClass.newInstance();
if ((servlet instanceof ContainerServlet) &&
(isContainerProvidedServlet(actualClass) ||
((Context)getParent()).getPrivileged() )) {
((ContainerServlet) servlet).setWrapper(this);
}
classLoadTime=(int) (System.currentTimeMillis() -t1);
try {
instanceSupport.fireInstanceEvent(InstanceEvent.BEFORE_INIT_EVENT,servlet);
if( System.getSecurityManager() != null) {
Class[] classType = new Class[]{ServletConfig.class};
Object[] args = new Object[]{((ServletConfig)facade)};
SecurityUtil.doAsPrivilege("init",servlet,classType,args);
} else {
servlet.init(facade);
}
if ((loadOnStartup >= 0) && (jspFile != null)) {
………
if( System.getSecurityManager() != null) {
Class[] classType = new Class[]{ServletRequest.class,
ServletResponse.class};
Object[] args = new Object[]{req, res};
SecurityUtil.doAsPrivilege("service",servlet,classType,args);
} else {
servlet.service(req, res);
}
}
instanceSupport.fireInstanceEvent(InstanceEvent.AFTER_INIT_EVENT,servlet);
………
return servlet;
}
</span>
它基本上描述了对Servlet 的操作，当装载了Servlet后就会调用Servlet的 init方法，同时会传一个StandardWrapperFacade对象给Servlet，这个对象包装了StandardWrapper，ServletConfig 与它们的关系图如下：
②ServletConf 与StandardWrapperFacade、StandardWrapper的关系
Servlet可以获得的信息都在StandardWrapperFacade封装，这些信息又是在 StandardWrapper 对象中拿到的。所以 Servlet 可以通 过 ServletConfig 拿到有限的容器的信息。
当 Servlet 被初始化完成后，就等着 StandardWrapperValve 去调用 它的 service 方法了，调用 service 方法之前要调用 Servlet 所有的 filter。
Tomcat中其它组件
Tomcat 还有其它重要的组件，如安全组件security、logger 日 志组件、session、mbeans、naming 等其它组件。这些组件共同为Connector和 Container 提供必要的服务。
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