tomcat架构，启动流程，IO模型，请求处理，源码解析

旧城等待， 2022-09-05 01:43 212阅读 0赞

自己动手调试，看源码会更加深刻  
源码注释地址：https://gitee.com/QingHua11/tomcat9

# tomcat架构 #

在说tomcat架构前，我们先看tomcat的配置文件，

<?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>

从配置文件的标签我们可以看到有这些关键标签 `Server` ，`GlobalNamingResources` ，`Service` ，`Connector` ，`Engine` ，`Host` ，`Valve` 等关键标签，

下面我们来解析这些标签都是什么

*  **Server**： 代表整个tomcat服务器
 *  **GlobalNamingResources**： JNDI的实现，可以配置一些数据源
 *  **Service**：真正给Tomcat提供功能，处理请求的服务，一个Server可以有多个Service，一个Service可以包含多个Connector和一个Container，这样Connector在获得客户端的socket之后，交给对应的Service，由Service来找到对应的Container，进而处理客户端的相关请求。
 *  **Connector**：用于和客户端连接，可以扩展支持多种协议，建立连接之后将socket交给Container处理。
 *  **Engine**：引擎，用来管理多个站点,一个service包含一个引擎，引擎里面可以多个host
 *  **Host**: 代表一个站点，也可以叫虚拟主机，通过配置Host就可以添加站点；
 *  **Context**: 代表一个应用程序，对应着平时开发的一套程序，或者一个WEB-INF目录以及下面的web.xml文件；
 *  **Wrapper**： 每一Wrapper封装着一个Servlet
 *  **Valve**: 阀门

下面一张图来结算他们之间的关系：（多个叠在一起表示可以有多个）  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2Z5ajEzOTI1NDc1OTU3_size_16_color_FFFFFF_t_70]

核心类关系图如下：  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2Z5ajEzOTI1NDc1OTU3_size_16_color_FFFFFF_t_70 1]

他们的生命周期类图如下：  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2Z5ajEzOTI1NDc1OTU3_size_16_color_FFFFFF_t_70 2]

核心架构：（一个请求）  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2Z5ajEzOTI1NDc1OTU3_size_16_color_FFFFFF_t_70 3]

# tomcat启动流程 #

tomcat启动会调用各个核心类的生命周期的`init()`方法，和`start()`方法，分析tomcat启动只需要分析这些核心类在这些生命周期方法中都做了什么即可，

tomcat启动其实是调用启动类Bootstrap的main方法类启动的，如下图：（关键代码看标记）  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2Z5ajEzOTI1NDc1OTU3_size_16_color_FFFFFF_t_70 4]

bootstrap.init()，会利用反射创建Catalina对象，  
启动流程详情如下图：  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2Z5ajEzOTI1NDc1OTU3_size_16_color_FFFFFF_t_70 5]

上面的流程图，值得注意的是 connector的启动流程，会启动Tomcat各个IO模型的组件，来监听8080端口,监听请求，下面我们源码分析下 Connetor启动的时候是如何来启动tomcat的IO模型的。

由于Connetor实现了生命周期接口，tomcat启动会调用 Connector的`startInternal()`方法，方法源码如下截图：  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2Z5ajEzOTI1NDc1OTU3_size_16_color_FFFFFF_t_70 6]  
Connector的startInternal方法会启动协议：  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2Z5ajEzOTI1NDc1OTU3_size_16_color_FFFFFF_t_70 7]  
协议启动，会启动endpoint的start方法，如下图：

下图关键代码，**会创建一个worker线程池，一个poller线程，还有个acceptor线程**

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2Z5ajEzOTI1NDc1OTU3_size_16_color_FFFFFF_t_70 8]

创建worker线程池：  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2Z5ajEzOTI1NDc1OTU3_size_16_color_FFFFFF_t_70 9]  
创建并启动Poller线程:  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2Z5ajEzOTI1NDc1OTU3_size_16_color_FFFFFF_t_70 10]  
创建并启动acceptor线程：  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2Z5ajEzOTI1NDc1OTU3_size_16_color_FFFFFF_t_70 11]

上面这些 Acceptor线程，Poller线程，还有worker线程池是干什么的，都扮演的什么角色呢？  
下面我们来分析下，当一个线程启动，我们都会调用线程的run方法，下面我们来看看tomcat的IO模型

# Tomcat的 IO 模型 #

在说Tomcat的 IO模型前，我们先对一些角色进行解释：

*  **`Acceptor`**: 接收 TCP 连接，并将其注册到 Poller 上
 *  **`Poller`**: 事件多路复用器，发现通道有就绪的 I/O 事件，将事件分配给线程池中的线程处理
 *  **`worker线程池`**：真正处理请求的线程池
 *  PollerEvent: 是对通道、SelectionKey 的附加对象和通道关注事件的封装
 *  SocketProcessor: 线程池调度单元，它处理 SSL 握手，调用 Handler 解析协议
 *  Handler: 通道处理接口，用于适配多种协议，如 HTTP、AJP
 *  NioEndpoint: 服务启停初始化的入口
 *  NioSelectorPool: 提供一个阻塞读写使用的 Selector 池和一个单例 Selector
 *  NioBlockingSelector: 提供阻塞读和写的方法
 *  BlockPoller: 与 NioBlockingSelector 配合完成模拟阻塞
 *  NioChannel: 封装 SocketChannel 和读写使用的 ByteBuffer
 *  KeyAttachment: Key 的附加对象，它包含通道最后访问时间和用于模拟阻塞使用的读写闭锁

他们的关系如下图：  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2Z5ajEzOTI1NDc1OTU3_size_16_color_FFFFFF_t_70 12]

他们处理请求的如下图：

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2Z5ajEzOTI1NDc1OTU3_size_16_color_FFFFFF_t_70 13]

Acceptor 是单线程的，会一直轮询接收请求，接收到请求后，会放到事件队列 event queue中，然后poller也会一直轮询事件队列，看是否有事件，如果有，就会把事件交个worker线程池处理。

**源码流程如下：**

*  Acceptor线程
    
    Acceptor 线程会一直轮询是否有请求连接，看关键代码标记和注释  
    ![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2Z5ajEzOTI1NDc1OTU3_size_16_color_FFFFFF_t_70 14]
    
    `endpoint.setSocketOptions(socket)`方法会把socket 注册到event事件队列中：  
    ![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2Z5ajEzOTI1NDc1OTU3_size_16_color_FFFFFF_t_70 15]  
    ![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2Z5ajEzOTI1NDc1OTU3_size_16_color_FFFFFF_t_70 16]  
    ![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2Z5ajEzOTI1NDc1OTU3_size_16_color_FFFFFF_t_70 17]
 *  Poller线程
    
    poller的run方法会一直轮询events是否有事件发生，有事件发生就进行处理  
    ![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2Z5ajEzOTI1NDc1OTU3_size_16_color_FFFFFF_t_70 18]  
    prcessKey方法有没有read事件，有的话就调用方法处理  
    ![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2Z5ajEzOTI1NDc1OTU3_size_16_color_FFFFFF_t_70 19]  
    然后会把socket封装成SocketProcessorBase交给线程池进行处理  
    ![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2Z5ajEzOTI1NDc1OTU3_size_16_color_FFFFFF_t_70 20]

SocketProcessorBase的run方法：  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2Z5ajEzOTI1NDc1OTU3_size_16_color_FFFFFF_t_70 21]

上面就是tomcat的IO模型的源码，下面我们来看看请求是怎么处理的。

# tomcat 请求处理过程 #

有了上面的IO模型的源码分析，tomcat的请求处理过程只需要一个流程图就可以看懂，如下图：

请求就是各个调用链的过程  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2Z5ajEzOTI1NDc1OTU3_size_16_color_FFFFFF_t_70 22]

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