从tomcat源码分析它的启动流程是如何初始化servlet的

水深无声 2023-10-08 21:13 42阅读 0赞

首先我们需要了解两个重要的知识点：一个是tomcat容器的总体结构， 一个是lifecycle接口

**tomcat容器的结构示意图如下：**

它是一种层层包裹的结构类型,最外层是Server

然后Service里面有三大组件： Connector(处理外部网络请求), Executor(线程池)和Engine（tomcat容器）

然后Engine又是层层包裹结构： 最外层Engine=>Host>Context=>Wrapper(Servlet)。当Tomcat启动的时候，这些组件也要跟着一起启动，并且当Tomcat关闭的时候，这些组件也要同时关闭，并且要进行必要的清理操作

![b46fe5a70a4d7233b66459bac8dea948.jpeg][]

**Lifecycle接口是所有tomcat组件的最顶层的接口，负责管理所有组件的生命周期。**

它是通过**观察者模式和模板方法**来实现的，具体后面会讲

Lifecycle接口的最大的作用：统一各个组件的状态，因为我们看到tomcat组件是嵌套关系，如果外层组件已经启动，而内层组件却启动失败，那么这种状态就是有问题的，我们需要一种有效的触发机制，保证：从父级到子级的整个链条都能准确传导，动作保持一致，也就是：

当Tomcat启动的时候，这些组件也要跟着一起启动，并且当Tomcat关闭的时候，这些组件也要同时关闭，并且要进行必要的清理操作

然后我们从tomcat源码开始分析它的启动过程：

tomcat的启动类是org.apache.catalina.startup.Bootstrap，

Bootstrap的main方法主要是完成catalina对象的初始化和启动。

![9a5154a16b374425a0c79942320f286b.png][]

public void init() throws Exception {
    
            initClassLoaders();
    
            Thread.currentThread().setContextClassLoader(catalinaLoader);
    
            SecurityClassLoad.securityClassLoad(catalinaLoader);
    
            // Load our startup class and call its process() method
            if (log.isDebugEnabled()) {
                log.debug("Loading startup class");
            }
            // 通过反射加载Catalina类并进行实例化
            Class<?> startupClass = catalinaLoader.loadClass("org.apache.catalina.startup.Catalina");
            Object startupInstance = startupClass.getConstructor().newInstance();
    
            // Set the shared extensions class loader
            if (log.isDebugEnabled()) {
                log.debug("Setting startup class properties");
            }
            String methodName = "setParentClassLoader";
            Class<?> paramTypes[] = new Class[1];
            paramTypes[0] = Class.forName("java.lang.ClassLoader");
            Object paramValues[] = new Object[1];
            paramValues[0] = sharedLoader;
            Method method =
                startupInstance.getClass().getMethod(methodName, paramTypes);
            method.invoke(startupInstance, paramValues);
            // 完成catalina对象的初始化
            catalinaDaemon = startupInstance;
        }

从init方法的代码段可以看到init方法完成了catalina对象的初始化，然后回到bootStrap的main方法： 这里就开始启动catalina了：

![c39dabc9d27643aaad6ba35176dbc873.png][]

![8eddb9d4ee234294b9ec7046293b7796.png][]

上面就是通过反射启动了catalina。

然后我们看看catalina启动start方法又干了什么：

org.apache.catalina.startup.Catalina 类名

![c8641d6778a548529ba3c7bb9f9bb890.png][]

注意：getServer().start()方法就是获取tomcat server，并且将它启动。

然后下面就重点的重点了，前面提到Lifecycle是tomcat所有组件的最顶层接口，那么也就是说

tomcat组件中的：StandardServer, StandardService,ContainerBase,StandardEngine StandardContext 等组件全部都会实现Lifecycle接口，可以说Lifecycle是所有tomcat组件的大总管：管理了这些组件从初始化，创建，销毁的所有生命周期，以及对这些组件的监听、事件发布、消息传递以及状态的更新。

然后继续回到源码：

![1c910fc46b5a438580c8b7056850865a.png][]

getServer方法返回的Server实际继承了Lifecycle接口，换句话说Server也是接口，

那么我们进去看看Server接口的实现类是什么？

![ad9fa3a40a7a42bf962cec24fd96a62e.png][]

**可以看到Server的唯一实现类是StandardServer**。

然后我们继续从上面的getServer().start()方法往下走，发现会跳到Lifecycle的start方法。

然后这个start方法的实现类是LifecycleBase

![7760fc103a9d4b179a2fd8dd676cd866.png][]

注意了：LifecycleBase是Lifecycle的实现类，而且是一个抽象类，这是整个Tomcat组件中影响最重要的一个类，因为这里定义了通用的模板方法设计，而且会被组件反复调用

![641264760ea64700a754edcaf5e0a3ad.png][]

然后我们看看LifecycleBase的start方法：

![77d25b7ee2ed4a2a942a02c20ba88706.png][]

这个里面最重要的方法是startInternal方法，然后点进去看看：

![5adf960fe6af4e7297eb7a0bf38a4be8.png][]

然后startInternal方法又会跳回到Lifecycle接口，注意到startInternal方法是一个抽象方法，**这是典型的模板方法设计模式**， 也就是他的子类必须重写该方法，此时我们应该选择哪一个实现类呢？因为实现类下面有很多选项。前面的getServer已经提到上面执行的实际是**StandardServer****的start方法，所以这里应该选择****StandardServer作为****startInternal方法的****实现类。**

![0a6de3c2c4114438828b156210892608.png][]

这里可以看到：startInternal方法会遍历service集合，然后执行service的start方法。

那么Service又是什么类型？

![c820fff910f24d378d6d01ec86ffcb64.png][]

Service是一个继承了Lifecycle的子接口，而StardardService是Service的唯一实现类

![d9857a26aa5f47bc9bb5a8f399615be3.png][]

![aaa40dca5c5e42739225b02e97b3b24a.png][]

然后仍然回到上面StandardServer中startInternal方法中的 service的start方法。这里会跟前面一样：先进入到LifecycleBase的start方法，然后接着进入到LifecycleBase的start方法：

![7299f02764ec43dd8c9fe3b8f3204748.png][]

LifecycleBase的start方法仍然重点看startInternal方法

![7420080c20ac484b92fd0c1f9750f9a1.png][]

startInternal方法是实现类选择StandardService，因为上面方法的执行源头是service.start,而service实际就是StandardService.

![6c28c1ba9f424e148bf1af99c3591947.png][]

从上面可以看到：**组件的start方法=》 Lifecycle的start方法=》LifecycleBase的start方法=》 实现类（组件）的 startInternal方法**

这一段逻辑会反复被调用，这就是典型的模板方法设计。

然后进入StandardService的startInternal方法，这里我们重点看它做的两件事：

**1. 启动servlet容器（容器的最外层：Engine）**

**2. 启动线程池**

![c923c072131b4a76b1b82a27256c0d9b.png][]

我们重点看看servlet容器部分，也就是engine，Engine是servlet的顶层容器

Engine是一个接口，它的继承关系如下：

Engine=> Container=>Lifecycle

而StandardEngine是Engine的唯一实现类，

![1af80bfcc99e4c828b2d63bd793a4de7.png][]

所以可以推断上面的engine.start方法必然还是和前面一样的套路：**=》 Lifecycle的start方法=》LifecycleBase的start方法=》 StandardEngine的 startInternal方法**

**所以我们跳过这些重复的模板方法，直接进入****StandardEngine的 startInternal方法：**

![6db413ce5bad4b9b92c1b57aa785866b.png][]

然后这里又会执行它父级ContainerBase的startInternal方法：

![28806f97530f41fd9eee8f1f1723e854.png][]

这里重点看一下findChildren方法：

![7576f2d581b843fdb0334ee229a9226c.png][]

![351f6c5a9a984e9f92abb06055e176ba.png][]

从这里我们可以推断findChildren是找到Engine底下所有的嵌套容器：包括Host,Context, Wrapper等，因为Children是一个HashMap,key是容器名，而它的value就是容器实例。

然后回到前面的代码段，继续跟着findChildren方法，可以发现：这里会遍历四层嵌套容器，并通过线程池启动他们的start方法

// Start our child containers, if any
            Container children[] = findChildren();
            List<Future<Void>> results = new ArrayList<>();
            for (Container child : children) {
                // 遍历四层嵌套容器，并通过线程池启动他们的start方法
                results.add(startStopExecutor.submit(new StartChild(child)));
            }

我们可以看到StartChild是一个Callable函数式接口的实现类，构造器参数就是Container实例，并重写了call方法，在该方法里面执行container容器的start方法。

![f7f102688eb145dcbfee67e6688a5066.png][]

而从Container的层级关系可以看到：Container包括了Host,Context, Wrapper这些嵌套容器

![2470ef8afb534ed6a0215aefb65ece98.png][]

所以上面的那个for循环最终也会启动Wrapper的start方法，Wrapper也就是Servlet容器

![3863377f9bf14f4d86fad12185760dab.png][]

而StardardWrapper就是Wrapper的实现类，从上图可以看到：它确实就是定义了一个servlet容器

但是Wrapper是由它父级容器Context启动的，所以从加载的因果关系来看：我们应该先看看Context的实现类StandardContext的start方法：

![762771ee67894bc4b4fc69d3adb64b21.png][]

而它的start方法必然还是和前面一样的套路：**=》 Lifecycle的start方法=》LifecycleBase的start方法=》 StandardContext的 startInternal方法**

**所以我们跳过这些重复的模板方法，直接进入****StandardContext的 startInternal方法：**

**这个方法代码很长，我们重点进入下面代码段的loadOnStartup方法**

![ac74eeb0b5944b9c9421800713dc9bc0.png][]

![ab70321605a64a38b7afa0669bfc3ca1.png][]

进入到loadOnStartup方法后，**最重要的方法来了： wrapper.load方法**，这个方法就是加载servlet容器

![f3eaf532211f4709aa931279d58715d7.png][]

可以看到：上面的wrapper.load方法实际执行的是它的实现类StandardWrapper的load方法，最终我们定位到了初始化servlet的代码： initServlet

而initServlet方法会调用servlet的init方法

![1c4fdb2077b742ae8c007022b102455c.png][]

至此tomcat源码从启动流程到跟踪servlet初始化的整个分析过程已经全部完成。

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