Tomcat源码系列文章
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一、Tomcat整体架构
1、Tomcat两个核心组件功能
- 连接器(
Connector
):处理Socket
连接,负责网络字节流与Request和Response对象的转化 - 容器(
Container
):加载和管理Servlet
,以及具体处理Request请求
- 一个
Server类
的实例就代表了一个Tomcat的容器
,一个Tomcat进程只会有一个Server实例 - 一个Server实例可以包含多个
Service对象(一个容器和多个连接器组合)
2、Tomcat支持的多种I/O模型和应用层协议
Tomcat支持的I/O模型
- NIO:非阻塞I/O,采用Java NIO类库实现
- NIO.2:异步I/O,采用JDK 7最新的NIO.2类库实现
- APR:采用Apache可移植运行库实现,是C/C++编写的本地库
Tomcat支持的应用层协议
- HTTP/1.1:这是大部分Web应用采用的访问协议
- AJP:用于和Web服务器集成(如Apache)
- HTTP/2:HTTP 2.0大幅度的提升了Web性能
- Tomcat为了实现支持
多种I/O模型
和应用层协议
,一个容器可能对接多个连接器 - 单独的连接器或者容器都不能对外提供服务,需要把它们组装起来才能工作,组装后这个整体叫作
Service组件
- 通过在Tomcat中配置多个Service,可以实现通过
不同的端口号
来访问同一台机器
上部署的不同应用
二、Connector连接器
1、连接器功能汇总
连接器对Servlet容器屏蔽了协议及I/O模型等的区别,无论是HTTP还是AJP,在容器中获取到的都是一个标准的ServletRequest对象
连接器细化功能
- 监听网络端口
- 接受网络连接请求
- 读取网络请求字节流
- 根据具体应用层协议(HTTP/AJP)解析字节流,生成统一的Tomcat Request对象
- 将Tomcat Request对象转成标准的ServletRequest
- 调用
Servlet
容器,得到ServletResponse - 将ServletResponse转成Tomcat Response对象
- 将Tomcat Response转成网络字节流
- 将响应字节流写回给浏览器
连接器汇总功能
- 网络通信
- 应用层协议解析
- Tomcat Request/Response与ServletRequest/ServletResponse的转化
Tomcat的设计者设计了3个组件来实现这3个功能,分别是Endpoint
、Processor
和Adapter
- Endpoint负责提供字节流给Processor
- Processor负责提供Tomcat Request对象给Adapter
- Adapter负责提供ServletRequest对象给容器
2、ProtocolHandler组件
- 由于I/O模型和应用层协议可以自由组合,比如NIO + HTTP或者NIO.2 + AJP
- Tomcat的设计者将
网络通信
和应用层协议解析
放在一起考虑 - 设计了一个叫
ProtocolHandler
的接口来封装这两种变化点 - 各种协议和通信模型的组合有相应的具体实现类。比如:Http11NioProtocol和AjpNio2Protocol
- Tomcat的设计者将
- 网络和协议相同点封装到抽象基类AbstractProtocol,每一种应用层协议有自己的抽象基类
- 这样设计每一种I/O模型和协议的组合都有相应的具体实现类,我们在使用时可以自由选择
- 特别说明:当前只有一个实现类Http2Protocol用于处理HTTP/2.0,不在以下体系内
- 小结一下,连接器模块用
三个核心组件
:Endpoint、Processor和Adapter来分别做三件事情 - 其中
Endpoint
和Processor
放在一起抽象成了ProtocolHandler
组件,它们的关系如下图所示
2.1、Endpoint
- Endpoint是通信端点,即
通信监听的接口
,是具体的Socket
接收和发送处理器,是对传输层的抽象,因此Endpoint是用来实现TCP/IP协议
的 - Endpoint是一个接口,对应的抽象实现类是AbstractEndpoint,而AbstractEndpoint的具体子类,比如在NioEndpoint和Nio2Endpoint中,有两个重要的子组件:
Acceptor
和SocketProcessor
- Acceptor用于监听Socket连接请求
- SocketProcessor用于处理接收到的Socket请求,它实现Runnable接口,在run方法里调用协议处理组件Processor进行处理。为了提高处理能力,SocketProcessor被提交到
线程池
来执行。而这个线程池叫作执行器(Executor)
2.2、Processor
- 如果说Endpoint是用来实现
TCP/IP协议
的,那么Processor用来实现HTTP协议
- Processor接收来自Endpoint的Socket,读取字节流解析成
Tomcat Request和Response对象
,并通过Adapter将其提交到容器处理,Processor是对应用层协议的抽象 - Processor是一个接口,定义了请求的处理等方法
- 它的抽象实现类AbstractProcessor对一些协议共有的属性进行封装,没有对方法进行实现
- 具体的实现有AjpProcessor、
Http11Processor
等,这些具体实现类实现了特定协议的解析方法和请求处理方式
3、Adapter组件
- 由于协议不同,客户端发过来的请求信息也不尽相同,Tomcat定义了自己的Request类来“存放”这些请求信息
- ProtocolHandler接口负责解析请求并生成Tomcat Request类
- 但是这个Request对象不是标准的ServletRequest,也就意味着,不能用Tomcat Request作为参数来调用容器
- Tomcat设计者的解决方案是引入
CoyoteAdapter
,这是适配器模式
的经典运用- 连接器调用CoyoteAdapter的sevice方法,传入的是Tomcat Request对象
- CoyoteAdapter负责将Tomcat Request转成ServletRequest
- 再调用容器的service方法
三、Container容器
1、容器的基本组成
- Tomcat设计了4种容器,分别是
Engine
、Host
、Context
和Wrapper
- 这4种容器不是平行关系,而是父子关系
Wrapper
:表示一个Servlet
,它负责管理Servlet的生命周期- Wrapper作为容器中的最底层,不能包含子容器
Context
:表示一个Web应用程序
,是Servlet、Filter的父容器- 一个Web应用可包含多个Wrapper
Host
:表示一个虚拟主机
,包含主机名称和IP地址,默认是localhost- Tomcat可以配置多个虚拟主机地址
- 一个虚拟主机下可包含多个Context
Engine
:表示顶级容器
,接受连接器的所有请求,并将响应返回给连接器- 一个Service最多只能有一个Engine,但是一个Engine可包含多个Host
2、server.xml配置文件
- 容器的
父子包含关系
,在在tomcat的conf目录下的server.xml配置文件中也有体现 - Server标签设置的端口号为8005,shutdown=”SHUTDOWN” ,表示在
8005
端口监听“SHUTDOWN
”命令,如果接收到了就会关闭Tomcat
- 根据上边的配置文件,查看源码目录
- Tomcat中默认的配置下webapps下的每一个文件夹目录都是一个Context
- 其中ROOT目录中存放着主应用,其他目录存放着子应用,而整个webapps就是一个Host站点
- 我们访问应用Context的时候,如果是ROOT下的则直接使用域名就可以访问,例如:www.ledouit.com
- 如果是Host(webapps)下的其他应用,则可以使用www.ledouit.com/springmvc进行访问
3、请求定位Servlet的过程
3.1、Mapper组件
Tomcat是用
Mapper组件
来确定请求是由哪个Wrapper容器里的Servlet
来处理
- Mapper组件的功能就是将用户请求的
URL
定位到一个Servlet
- 它的工作原理是:Mapper组件里保存了Web应用的配置信息
- 其实就是
容器组件
与访问路径
的映射关系
- 比如
Host容器里配置的域名
、Context容器里的Web应用路径
,以及Wrapper容器里Servlet映射的路径
- 可以想象这些配置信息就是一个
多层次的Map
- 当一个请求到来时,Mapper组件通过解析请求URL里的域名和路径,再到自己保存的Map里去查找,就能定位到一个Servlet
- 一个请求URL最后只会定位到一个Wrapper容器,也就是一个Servlet
3.2、定位Servlet流程
举例:一个网购系统
- 有面向网站管理人员的
后台管理系统
,还有面向终端客户的在线购物系统
- 这两个系统跑在
同一个Tomcat
上,为了隔离它们的访问域名,配置了两个虚拟域名
: manage.shopping.com 和 user.shopping.com- 网站管理通过
manage.shopping.com
域名去管理用户和商品,而用户管理和商品管理是两个单独的Web应用 - 终端客户通过
user.shopping.com
域名去搜索商品和下订单,搜索功能和订单管理也是两个独立的Web应用
- 网站管理通过
- 针对这样的部署,Tomcat会创建
一个Service
组件和一个Engine
容器组件 - 在Engine容器下创建
两个Host
子容器,在每个Host容器下创建两个Context
子容器 - 由于一个Web应用通常有
多个Servlet
,Tomcat还会在每个Context容器里创建多个Wrapper
子容器 每个容器都有对应的访问路径
,可以通过下面这张图来帮助理解
假如有用户访问一个URL,比如图中的http://user.shopping.com:8080/order/buy
,Tomcat如何将这个URL定位到一个Servlet呢?
- 根据协议和端口号选定Service和Engine
- Tomcat的每个连接器都监听不同的端口,比如Tomcat默认的
HTTP
连接器监听8080端口
、默认的AJP
连接器监听8009端口
- 上面例子中的URL访问的是8080端口,因此这个请求会被HTTP连接器接收
- 由Tomcat整体架构可知,连接器是属于某个Service组件的
- 一个Service组件里除了有多个连接器,还有一个容器组件,也就能获取唯一Engine容器
- Tomcat的每个连接器都监听不同的端口,比如Tomcat默认的
- 根据域名选定Host
- Service和Engine确定后,Mapper组件通过URL中的域名去查找相应的Host容器
- 比如例子中的URL访问的域名是 user.shopping.com,因此Mapper会找到Host2这个容器
- 根据URL路径找到Context组件
- Host确定以后,Mapper根据URL的路径来匹配相应的Web应用的路径
- 比如例子中访问的是 /order,因此找到了Context4这个Context容器
- 根据URL路径找到Wrapper(Servlet)
- Context确定后,Mapper再根据
web.xml
中配置的Servlet映射路径
来找到具体的Wrapper和Servlet
- Context确定后,Mapper再根据
3.3、实现原理
- 需要注意的是,并不是说只有Servlet才会去处理请求,实际上这个查找路径上的
父子容器
都会对请求做一些处理- 连接器中的
Adapter
会调用容器的Service方法来执行Servlet - 最先拿到请求的是
Engine
容器,Engine容器对请求做一些处理后,会把请求传给自己子容器Host
继续处理,依次类推 - 最后这个请求会传给Wrapper容器,
Wrapper
会调用最终的Servlet
来处理
- 连接器中的
- 具体实现是使用
Pipeline-Valve
管道
Pipeline-Valve是责任链模式
- 责任链模式是指在一个请求处理的过程中有很多
处理者
依次对请求进行处理 - 每个处理者负责做自己相应的处理
- 处理完之后将再调用下一个处理者继续处理
Valve接口
- Valve是一个处理点,因此invoke方法就是来处理请求的
- Valve中有getNext和setNext方法,可以猜到有一个链表将Valve链起来了
public interface Valve {
// 获取下一个阀门
public Valve getNext();
// 设置下一个阀门
public void setNext(Valve valve);
// 执行业务逻辑
public void invoke(Request request, Response response);
}
Pipeline接口
- Pipeline中维护了
Valve链表
,Valve可以插入到Pipeline中,对请求做某些处理 - Pipeline中没有invoke方法,因为整个调用链的触发是Valve来完成的
- Valve完成自己的处理后,调用 getNext.invoke 来触发下一个Valve调用
public interface Pipeline {
// 获取基本阀门
public Valve getBasic();
// 设置基本阀门
public void setBasic(Valve valve);
// 添加阀门
public void addValve(Valve valve);
// 获取阀门数组
public Valve[] getValves();
// 删除阀门
public void removeValve(Valve valve);
// 获取首个阀门
public Valve getFirst();
}
四种容器的执行流程
- 每一个容器都有一个Pipeline对象,只要触发这个Pipeline的第一个Valve,这个容器里Pipeline中的Valve就都会被调用到
- 但是,不同容器的Pipeline是怎么
链式触发
的呢,比如Engine中Pipeline需要调用下层容器Host中的Pipeline- Pipeline中还有个getBasic方法
- 这个BasicValve处于Valve链表的末端,它是Pipeline中必不可少的一个Valve
- 负责调用下层容器的Pipeline里的第一个Valve
- 整个调用过程由连接器中的Adapter触发的,它会调用Engine的第一个Valve
// Calling the container
connector.getService().getContainer().getPipeline().getFirst().invoke(request, response);
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