tomcat剖析

lixiaolong

　　uml参考：
　　http://www.yongfa365.com/Item/UML-Association-Dependency-Aggregation-Composition-Realization-Generalization.html
　　1 tomcat模块结构
　　1.1 Connector
　　在tomcat运作工作中，connector是最核心的模块，是tomcat的网络通讯层，是http协议的服务器实现载体。
　　它在tomcat中起到了承上启下的作用，对下实现http协议，封装网络通讯细节。对上构造javax.servlet.http.HttpServletRequest和javax.servlet.http.HttpServletResponse，为实现servlet规范提供两大基础对象。
　　以下是connector模块的核心类图，connector左侧的类主要负责http协议的实现，网络通讯功能。按照使用的通信技术的不同，可以分为JIO(经典的java socket实现)，NIO(java的nio包，多路复用的反应器模式实现，性能上会有提高)，还有apr（通过直接调用本地代码来实现基于平台的更高性能的网络通信）。
　　如果应用部署的方式是web server(例如apache)+servlet容器的话，那么还会使用定向包协议AJP。用户的请求会先到web server，web server在通过AJP将请求转发给servlet容器，AJP协议会以长连接的方式保持web server和servlet 容器的TCP连接。
　　Connector右边的类叫做适配器，顾名思义，这边的适配器充当的是Connector模块和Container模块的桥梁，Connector通过Adapter.service(Request req, Response res)将封装好的request和response实例传递给Container。
　　

　　1.2 Container
　　容器是servlet的容器，servlet规范的实现。容器的作用是为servlet处理请求，生成响应。
　　容器总共有四种类型，并为层级结构，上层容器可能包含一个或者多个下层容器。
　　Engine:最上层的容器，表示整个catalina引擎。
　　Host:表示一个虚拟主机，它可以包含0个或多个Context.
　　Context：则是对应一个web应用，包含一个或者多个wrapper.
　　Wrapper：表示一个独立的servlet。最底层容器，不能再由子容器。
　　每个容器都有一个标准的实现类。
　　容器的运作机制是基于管道的，这是一种高度可扩展，可定制的一种流程处理方式。用户可以自定义valve,组装到pipeline，流水线般的处理请求。
　　核心类图
　　

　　2 tomcat运作
　　2.1 启动
　　tomcat的启动主要由Bootstrap和catalina完成的。
　　

　　tomcat的启动入口是Bootstrap的main函数，然后开始逐层传递start调用。
　　Bootstrap：初始化的时候 第一步是初始化自定义的classloader。之所以自定义class loader，一方面是为了安全隔离，每个servlet只能访问到各自WEB-INF/classes里的，防止恶意servlet访问其他context的对象；另一方面是为了支持一些个性化的需求，比如热部署，支持类文件修改自动感知和重新动态加载。第二步是通过反射实例化Catalina，传递start调用。
　　Catalina：catalina用于解析tomcat配置文件server.xml，配置文件可以自定义tomcat的各种特性，据此启动Server.
　　Server：server是统领全局的组件，它包含tomcat所有的功能组件，并负责所有组件的启动和停止。它关联了0个或多个service。
　　Service: service是container和connector的组合体，一般包含了一个container、1个或者多个connector。
　　它主要用于启动关联的container和connector，这两个核心组件一旦启动成功，tomcat就可以开始处理http请求了。
　　Container:启动自己，和关联的管道、阀门；并级联的启动子容器。
　　Connector：以JIO为例，经典版的socket通信。最后是启动了接收线程，用于接收客户端连接。
　　


　　在tomcat的启动过程中（以及其他生命周期），各个组件的交互是通过观察者模式（监听器模式）来实现的，在松耦合的前提下，完成了组件间的灵活协作。核心类图：
　　

 Lifecycle生命周期为要监听的对象，LifecycleListener为监听器。监听器会先注册感兴趣的组件对象，调用Lifecycle.addLifecycleListener(LifecycleListener listener)。当Lifecycle发生状态变化时，遍历调用所有监听器的LifecycleListener.lifecycleEvent(LifecycleEvent event)，以此完成组件协作。
　　2.2 请求处理
　　以JioEndpoint和HTTP11Protocol为例。
　　

　　JioEndpoint是基于java io实现，它启动一个接收器线程接收客户端连接，每当完成一个tcp连接时，便会创建一个socket工作线程,交由线程池处理。Endpoint模块主要的关注点是IO机制，经典io、nio或者apr，以及服务端多线程机制。而Protocol模块则是关注与http协议本身的逻辑，http请求的解析处理。当protocol完成http请求解析，将httprequest传递到container模块，这边则是进入了servlet规范的逻辑实现。
　　在container的处理过程中，一大特色就是pipeline机制（目前webx也采用了这样的方式）。pipeline由多个valve组成。tomcat用pipeline将多级容器的处理过程衔接起来，同时又支持用户自己开发valve，将自定义valve装配到pipeline中。
　　如下图所示每级的容器都关联了自己的一个pipeline，这个pipeline上设置了一个标准valve作为基础阀门，这个基础阀门一般是在管道的末尾，最后调用。

 容器的级联调用就是通过pipeline的基础阀门实现的。如下图，每一级容器会先调用pipeline，顺序执行设置的valve，最后再执行基础valve也就是各自的标准valve，由标准valve将调用传递到子容器。直至到StandardWrapperValve.invoke（），这个是最底层的容器，由它调用filter，最终执行servlet.service（）。