Tomcat原理分析

标签：分析包含 Tomcat 对象线程原理 Servlet 加载

Tomcat内部结构

内部可以分为两部分：HTTP服务器 + Servlet容器。

这里以内嵌Tomcat为例，启动类为Tomcat

Tomcat里包含一个Server，类型为StandardServer。
StandardServer中包含对个service，类型为StandardService，在创建StandardServer时添加了一个service对象。
StandardService中包含多个Connector，包含一个Engine(类型为StandardEngine)。
Connector中包含一个ProtocolHandler，一般使用Http11NioProtocol类型，它内部又包含NioEndpoint。
StandardEngine内部包含多个child，一般将Host(类型为StandardHost)作为第一个child。
StandardHost内部也包含多个child，一般将StandardContext作为其第一个child。
StandardContext可以看做一个项目，每个项目都有单独的contextPath，单独的ServletContext(具体类型为ApplicationContext)。
StandardContext内部包含多个child，其实都是Wrapper，具体类型为StandardWrapper，Wrapper可以看做一个Servlet的包装器，其中也包含此Servlet的urlMapping，具体属性为mappings。
StandardContext内部的filterDefs属性保存所有的Filter定义，filterMaps保存urlMapping和Filter的对应关系。

StandardEngine，StandardHost，StandardContext，StandardWrapper，这几个Container中都包含一个Pipeline对象，具体类型为StandardPipeline。StandardPipeline中包含一个Valve对象，可以看做一个链表节点

StandardEngine向Pipeline对象设置了StandardContextValve
StandardContextValve设置了StandardHostValve
StandardContext设置了StandardContextValve
StandardWrapper设置了StandardWrapperValve

Connector中包含一个ProtocolHandler，一般使用Http11NioProtocol类型，它内部又包含一个NioEndpoint对象。

Tomcat启动流程

Tomcat的start()方法
先调用StandardServer的init()方法，其中又会调用它的内部组件service的init流程，没啥重要的，都是一些MBean监控相关的处理。
在NioEndpoint的start()方法流程中，会创建ServerSocketChannel对象，接收客户端请求，并创建ThreadPoolExecutor对象，此类继承Java中的ThreadPoolExecutor类
开启Acceptor线程，它的工作：
- 调用AbstractEndpoint的serverSocketAccept()方法，对于NioEndpoint来说，就是ServerSocketChannel的accept()。
- 调用AbstractEndpoint的setSocketOptions()方法，根据accept的SocketChannel创建NioSocketWrapper并注册到Poller对象中
开启Poller线程，它的工作：
- 一直监听SynchronizedQueue队列(等待Acceptor线程注册)，得到NioSocketWrapper，向JavaNIO中Selector注册读事件
- 监听Selector读和写，创建SocketProcessorBase对象，具体类型为SocketProcessor，这是一个Runnable，交给上面创建的线程池来处理。
向Selector注册写事件是通过Poller的addEvent()方法来实现的

Acceptor和Poller之间通过queue通信，可以看做生产者/消费者模式。

Tomcat处理请求的流程

Acceptor线程接收到SocketChannel对象，交给Poller线程处理
Poller线程将SocketChannel包装成NioSocketWrapper对象，在包装到一个SocketProcessor中，它可以看做一个任务，交给线程池处理
SocketProcessor在处理的过程中会创建Http11Processor对象
Http11Processor通过内部的Http11InputBuffer来解析HTTP请求，创建出Request和Response对象。

交给CoyoteAdapter对象的service()方法来处理

先找到满足请求路径的Servlet

   //通过Mapper对象根据请求url找到符合要求的Servlet，具体为internalMapWrapper()方法
connector.getService().getMapper().map(serverName, decodedURI,
              version, request.getMappingData());

调用Servlet

//StandardService的container为StandardEngine，通过pipeline最终会调用
connector.getService().getContainer().getPipeline().getFirst().invoke(
                 request, response);

StandardEngineValve -> StandardHostValve -> StandardContextValve -> StandardWrapperValve

StandardWrapperValve来创建Servlet对象，初始化，通过ApplicationFilterFactory来创建ApplicationFilterChain对象(过滤器链)，过滤器信息是从StandardWrapper的parent组件StandardContext中获取的。
执行过滤器链，依次执行Filter的doFilter()方法，然后执行Servlet的service()方法

HTTP服务器和Servlet容器之间通过CoyoteAdapter对象关联起来。

Tomcat为什么不使用Netty作为连接器

第一个原因是Tomcat的连接器性能已经足够好了，同样是Java NIO编程，套路都差不多。
第二个原因是Tomcat做为Web容器，需要考虑到Servlet规范，Servlet规范规定了对HTTP Body的读写是阻塞的，因此即使用到了Netty，也不能充分发挥它的优势。所以Netty一般用在非HTTP协议和Servlet的场景下。

SpringBoot内嵌Tomcat为何不扫描WebServlet等Servlet3.0注解

Embedded Tomcat does not honor ServletContainerInitializers

为什么嵌入式Tomcat不会扫描ServletContainerInitializer类，是因为Context中没有添加ContextConfig这个LifecycleListener，没有使用Tomcat那一套流程，SpringBoot自己定义了一套规范，如ServletContextInitializer接口及@ServletComponentScan注解。

我们可以通过以下方式添加，但不确定是否有什么冲突和隐患。

@Bean
public TomcatContextConfigWebServerCustomizer websocketServletWebServerCustomizer() {
  return new TomcatContextConfigWebServerCustomizer();
}

public class TomcatContextConfigWebServerCustomizer
    implements WebServerFactoryCustomizer<TomcatServletWebServerFactory>, Ordered {

  @Override
  public void customize(TomcatServletWebServerFactory factory) {
    factory.addContextCustomizers((context) -> context.addLifecycleListener(new ContextConfig()));
  }

  @Override
  public int getOrder() {
    return 0;
  }

}

Tomcat中的线程池

具体类为 ThreadPoolExecutor(tomcat包下)。

java中的线程池默认是到达核心线程数之后添加队列，队列满了之后创建新的线程直到最大线程数，再之后执行拒绝策略
Tomcat中的流程为，到达核心线程数之后创建新的线程直到最大线程数，之后再添加队列，队列满了之后执行拒绝策略，通过重写execute()方法和重写队列的offer()方法来实现。当核心线程数小于最大线程数，就添加队列失败。

原因：

JDK默认提供的线程池为CPU密集型
Tomcat需要的是IO密集型

Tomcat中的类加载器

具体类为 WebappClassLoaderBase

先查本地cache是否已经加载过此类
查询系统类加载器是否已经加载过
如果都没有，交给扩展类加载器加载(它会委托根类加载器加载)，这个是为了避免覆盖JDK核心类。
扩展类加载器加载失败，在本地Web应用下查找（自己加载）
没找到，交给系统类加载器加载

和双亲委派机制不同的地方在于，先自己尝试加载，再交给父类加载器加载。

关于Tomcat中的Session实现原理

使用StandardManager来管理Session，父类ManagerBase中的sessions(Map类型)来保存所有Session。
使用StandardSessionIdGenerator来生成sessionid
创建一个空的Session对象，在设置Id时，向ManagerBase中的sessions中添加自身。
Session的过期清理是借助Tomcat的热加载机制来处理的，具体为ManagerBase的backgroundProcess()方法，每隔60秒检查一次，当然每次具体使用时也会检查。

参考

tomcat源码阅读
 Tomcat NIO 模型的实现
 原生线程池这么强大，Tomcat 为何还需扩展线程池？
深入拆解 Tomcat & Jetty-极客时间

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From： https://www.cnblogs.com/strongmore/p/18037761