tomcat服务器源码解读01-整体结构

tomcat介绍

开源的 Java Web 应用服务器，实现了Java EE(Java Platform Enterprise Edition)的部分技术规范，比如 Java Servlet、JavaServer Pages、Java Expression Language、Java WebSocket。

(接触最多的一款开源服务器,研究下源码结构，可加深对BS请求过程的理解)

目录结构

bin目录: 主要是用来存放tomcat的脚本，如startup.sh , shutdown.sh

conf 目录: 下是配置文件

catalina.policy: Tomcat安全策略文件,控制JVM相关权限,具体可以参考java. security.Permission
catalina.properties : Tomcat Catalina行为控制配置文件,比如Common ClassLoader
logging.properties : Tomcat日志配置文件, JDK Logging
server.xml : Tomcat Server配置文件
GlobalNamingResources :全局JNDI资源
context.xml : 全局Context配置文件
tomcat-users.xml : Tomcat角色配置文件

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web.xml : Servlet标准的web.xml部署文件, Tomcat默认实现部分配置入内:
- org.apache.catalina.servlets.DefaultServlet
- org.apache.jasper.servlet.JspServlet

lib目录： 公共类库

logs目录： tomcat在运行过程中产生的日志文件

webapps： 用来存放应用程序，当tomcat启动时会去加载webapps目录下的应用程序

work： 用来存放tomcat在运行时的编译后文件，例如JSP编译后的文件

配置文件及脚本

# /bin/startup.sh 启动
EXECUTABLE=catalina.sh
exec "$PRGDIR"/"$EXECUTABLE" start "$@"
# /bin/shutdown.sh 关闭
EXECUTABLE=catalina.sh
exec "$PRGDIR"/"$EXECUTABLE" stop "$@"
# 启动和关闭都是调用 catalina.sh 脚本
# /bin/catalina.sh 发现如下2行
org.apache.catalina.startup.Bootstrap "$@" start
org.apache.catalina.startup.Bootstrap "$@" stop

org.apache.catalina.startup.Bootstrap类是入口类,内部含有main方法,可以以此查看源码

#catalina.properties
#限制可以访问的包
package.access=sun.,org.apache.catalina.,org.apache.coyote.,org.apache.jasper.,org.apache.tomcat.
#common类加载器可以加载的lib资源,catalina.base与catalina.home是相同
common.loader="${catalina.base}/lib","${catalina.base}/lib/*.jar","${catalina.home}/lib","${catalina.home}/lib/*.jar"
server.loader=默认空,公用common.loader
shared.loader=默认空,公用common.loader

<!-- server.xml  -->
<Server port="8005" shutdown="SHUTDOWN">
  <Service name="Catalina">
    <Executor name="tomcatThreadPool"namePrefix="exec-my"prestartminSpareThreads="true"
              maxThread="200"maxThreads="500" minSpareThreads="8"maxIdleTime="10000"/>
    <Connector port="8080"protocol="HTTP/1.1"executor="tomcatThreadPool"connectionTimeout="20000"redirectPort="8443" />
    <Engine name="Catalina" defaultHost="localhost">
      <Host name="localhost" appBase="webapps" unpackWARs="true" autoDeploy="true">
        <!--<Context docBase="D:\myapp" path="/xxx"  reloadable="true" />-->
      </Host>
    </Engine>
  </Service>
</Server>

web应用部署

1、部署到webapps目录下,该目录下默认每个目录都是一个应用,可以在server.xml文件中用 <Host/>标签自定义目录位置

<Host name="localhost" appBase="webapps" unpackWARs="true" autoDeploy="true">

2、在server.xml文件中配置Context标签

<Context docBase="D:\myapp" path="/xxx"  reloadable="true" />

path: 指定访问该Web应用的URL入口

docBase: 指定Web应用的文件路径，可以给定绝对路径，也可以给定相对于<Host>的appBase属性的相对路径。

reloadable: 如果这个属性设为true，tomcat服务器在运行状态下会监视在WEB-INF/classes和WEB-INF/lib目录下class文件的改动，

如果监测到有class文件被更新的，服务器会自动重新加载Web应用。

3、独立的Context xml文件配置

在$CATALINA_BASE/conf/[enginename]/[hostname]/ 目录下（默认conf/Catalina/localhost）创建xml文件，文件名就是contextPath

比如创建api.xml，path就是/api, 注意：想要根目录访问，文件名为ROOT.xml

官方架构图

启动过程

org.apache.catalina.startup.Bootstrap#main()-> bootstrap.init(); daemon.load(args); daemon.start();
org.apache.catalina.startup.Catalina#load()-> digester.parse(server.xml); getServer().init(); # start()->getServer().start();
org.apache.catalina.core.StandardServer#startInternal()-> for:services[i].start(); initInternal():for:services[i].init();
org.apache.catalina.core.StandardService#startInternal() -> engine.start(); for:executor.start(); for:connector.start();
org.apache.catalina.core.StandardEngine#startInternal()->
           findChildren().for:executor.submit(new StartChild(children[i]));->FutureTask->StartChild.start()
           ((Lifecycle) pipeline).start();
           threadStart()->new Thread(new ContainerBackgroundProcessor()).start();

核心组件

1、Server (org.apache.catalina.Server)

是指整个 Tomcat 服务器，包含多组服务，负责管理和启动各个Service，同时监听 8005 端口发过来的 shutdown 命令，用于关闭整个容器; org.apache.catalina.core.StandardServer

2、Service (org.apache.catalina.Service)

Tomcat封装的、对外提供完整的基于组件的web服务,含有Connectors，Container2个核心组件，以及多个功能组件，各个service之间是独立的，共享同一个JVM资源，每个service组件都包含了若干个用于接收客户端消息的connector组件和处理请求的Engine组件.

service组件还包含若干个Executor组件，每个都是一个线程池，他可以为service内所有组件提供线程池执行任务. org.apache.catalina.core.StandardService。

3、Connector

Tomcat 与外部世界的连接器，监听固定端口接收外部请求，传递给 Container，并将Container 处理的结果返回给外部.

org.apache.coyote.http11.Http11AprProtocol  // AprEndpoint
org.apache.coyote.http11.Http11NioProtocol  // NioEndpoint
org.apache.coyote.http11.Http11Nio2Protocol // Nio2Endpoint

4、Container

Catalina，Servlet容器，内部有多层容器组成，用于管理 Servlet 生命周期，调用 servlet 相关方法。

Engine ： Servlet 的顶层容器，包含一个或多个 Host 子容器；
Host：虚拟主机，负责 web 应用的部署和 Context 的创建；
Context：Web 应用上下文，包含多个 Wrapper，负责 web 配置的解析、管理所有的 Web 资源；
Wrapper：最底层的容器，是对 Servlet 的封装，负责 Servlet 实例的创建、执行和销毁。

// 子容器启动过程
org.apache.catalina.core.ContainerBase#startStopExecutor.submit(new StartChild(children[i]))
FutureTask->StartChild.start()

Context 应用加载

tomcat是如何加载web项目

WEB-INF/web.xml
零xml配置

// spi @HandlesTypes(WebApplicationInitializer.class)
org.apache.catalina.core.StandardContext#startInternal()
org.springframework.web.SpringServletContainerInitializer#onStartup()
ContextConfig#webConfig()
org.apache.catalina.startup.ContextConfig#configureContext()
//<load-on-startup>1</load-on-startup> 
org.apache.catalina.core.StandardContext#loadOnStartup()  //servlet 初始化

Tomcat启动机制(外置和内嵌)

1、Tomcat启动带动IoC容器启动的逻辑

Spring boot中Tomcat容器和IoC容器的启动顺序

war外置： Tomcat启动带动IoC容器启动
内嵌： Ioc容器带动Tomcat启动

org.springframework.boot.web.embedded.tomcat.TomcatWebServer#start
org.springframework.boot.web.embedded.tomcat.TomcatServletWebServerFactory#getWebServer
org.springframework.context.support.AbstractApplicationContext#refresh

其他组件

Loader：封装了 Java ClassLoader，用于 Container 加载类文件；
Session：负责管理和创建 session，以及 Session 的持久化(可自定义)，支持 session 的集群。
Pipeline：在容器中充当管道的作用，管道中可以设置各种 valve(阀门)，请求和响应在经由管道中各个阀门处理，提供了一种灵活可配置的处理请求和响应的机制。
JMX：Java SE 中定义技术规范，是一个为应用程序、设备、系统等植入管理功能的框架，通过 JMX 可以远程监控 Tomcat 的运行状态；
Realm：Tomcat 中为 web 应用程序提供访问认证和角色管理的机制；
Jasper：Tomcat 的 Jsp 解析引擎，用于将 Jsp 转换成 Java 文件，并编译成 class 文件。
Naming：命名服务，JNDI， Java 命名和目录接口，是一组在 Java 应用中访问命名和目录服务的 API。命名服务将名称和对象联系起来，使得我们可以用名称访问对象，目录服务也是一种命名服务，对象不但有名称，还有属性。Tomcat 中可以使用 JNDI 定义数据源、配置信息，用于开发与部署的分离。

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