tomcat架构简介

Tomcat源码分析 -- Tomcat整体架构
原创w1992wishes 最后发布于2018-02-02 20:13:40 阅读数 28008 收藏
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本章结构如下:

前言
Tomcat顶层结构
Server
Service
Connector
Container
Tomncat启动流程
一、前言
一般而言,对于一个复杂的系统,直接扎进去看源码会是很难受的,会浪费大量的时间和脑细胞,却得不到理想的效果。

这个时候,策略很重要,应该明白,越是复杂的东西,越会有良好的逻辑和层次,否则开发者自己估计过段时间怕也搞不清了。

tomcat是一个很大的系统,有复杂的结构,想要了解它,就应该顺着开发者设计之初的思路来,先了解整体的结构,对整体有了一定的掌控后,再逐个分析,了解感兴趣的细节。

二、Tomcat顶层结构
先上一张图:

 

上图大概展示了tomcat的结构,下面先简单介绍各个模块:

Server:服务器的意思,代表整个tomcat服务器,一个tomcat只有一个Server;
Service:Server中的一个逻辑功能层, 一个Server可以包含多个Service;
Connector:称作连接器,是Service的核心组件之一,一个Service可以有多个Connector,主要是连接客户端请求;
Container:Service的另一个核心组件,按照层级有Engine,Host,Context,Wrapper四种,一个Service只有一个Engine,其主要作用是执行业务逻辑;
Jasper:JSP引擎;
Session:会话管理;

上面简单列了tomcat的模块结构,下面结合配置文件更加具体一点来分析,当然更多是集中在Connector和Container两个组件上,毕竟这是两个核心组件,后续的内容也会更多集中在这两个组件上面。

先将conf/server.xml配置文件内容贴出供参考(注释部分没有贴出):

<?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"/>
<Connector port="8009" protocol="AJP/1.3" 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 &quot;%r&quot; %s %b"/>
</Host>
</Engine>
</Service>
</Server>
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三、Server
Server是Tomcat最顶层的容器,代表着整个服务器,即一个Tomcat只有一个Server,Server中包含至少一个Service组件,用于提供具体服务。这个在配置文件中也得到很好的体现(port=“8005” shutdown="SHUTDOWN"是在8005端口监听到"SHUTDOWN"命令,服务器就会停止)。

Tomcat中其标准实现是:org.apache.catalina.core.StandardServer类,其继承结构类图如下:

 

StandardServer实现Server很好理解,tomcat为所有的组件都提供了生命周期管理,继承LifecycleMBeanBase则跟tomcat中的生命周期机制有关,后续文章会有介绍。

四、Service
可以想象,一个Server服务器,它最基本的功能肯定是:

接收客户端的请求,然后解析请求,完成相应的业务逻辑,然后把处理后的结果返回给客户端,一般会提供两个节本方法,一个start打开服务Socket连接,监听服务端口,一个stop停止服务释放网络资源。

这时的服务器就是一个Server类:

 

如何实现这个简单的服务器,看过《深入剖析tomcat》的应都知道,这部分代码之前也敲过,在github上(https://github.com/w1992wishes/tomcat-work),其实就是在一个端口上监听Socket请求,然后解析请求,返回处理结果。

但如果将请求监听和请求处理放在一起,扩展性会变差,毕竟网络协议不止HTTP一种,如果想适配多种网络协议,请求处理又相同,这时就无能为力了,tomcat的设计大师不会采取这种做法,而是将请求监听和请求处理分开为两个模块,分别是Connector和Container,Connector负责处理请求监听,Container负责处理请求处理。

但显然tomcat可以有多个Connector,同时Container也可以有多个。那这就存在一个问题,哪个Connector对应哪个Container,提供复杂的映射吗?相信看过server.xml文件的人已经知道了tomcat是怎么处理的了。

没错,Service就是这样来的。在conf/server.xml文件中,可以看到Service组件包含了Connector组件和Engine组件(前面有提过,Engine就是一种容器),即Service相当于Connector和Engine组件的包装器,将一个或者多个Connector和一个Engine建立关联关系。在默认的配置文件中,定义了一个叫Catalina 的服务,它将HTTP/1.1和AJP/1.3这两个Connector与一个名为Catalina 的Engine关联起来。

一个Server可以包含多个Service(它们相互独立,只是公用一个JVM及类库),一个Service负责维护多个Connector和一个Container。

其标准实现是StandardService,UML类图如下:

 

这时tomcat就是这样了:

 

四、Connector
前面介绍过Connector是连接器,用于接受请求并将请求封装成Request和Response,然后交给Container进行处理,Container处理完之后在交给Connector返回给客户端。

一个Connector会监听一个独立的端口来处理来自客户端的请求。server.xml默认配置了两个Connector:

<Connector port="8080" protocol="HTTP/1.1" connectionTimeout="20000" redirectPort="8443"/>,它监听端口8080,这个端口值可以修改,connectionTimeout定义了连接超时时间,单位是毫秒,redirectPort 定义了ssl的重定向接口,根据上述配置,Connector会将ssl请求转发到8443端口。
<Connector port="8009" protocol="AJP/1.3" redirectPort="8443" />, AJP表示Apache Jserv Protocol,它将处理Tomcat和Apache http服务器之间的交互,此连接器用于处理我们将Tomcat和Apache http服务器结合使用的情况,如在同一台物理Server上部署一个Apache http服务器和多台Tomcat服务器,通过Apache服务器来处理静态资源以及负载均衡时,针对不同的Tomcat实例需要AJP监听不同的端口。
Connector在tomcat中的设计比较复杂,先大致列上一个图:

 

这里先简单介绍Connector,后续会详细分析。

Connector使用ProtocolHandler来处理请求的,不同的ProtocolHandler代表不同的连接类型,比如:Http11Protocol使用的是普通Socket来连接的(tomcat9已经删除了这个类,不再采用BIO的方式),Http11NioProtocol使用的是NioSocket来连接的。

其中ProtocolHandler由包含了三个部件:Endpoint、Processor、Adapter。

Endpoint用来处理底层Socket的网络连接,Processor用于将Endpoint接收到的Socket封装成Request(这个Request和ServletRequest无关),Adapter充当适配器,用于将Request转换为ServletRequest交给Container进行具体的处理。
Endpoint由于是处理底层的Socket网络连接,因此Endpoint是用来实现TCP/IP协议的,而Processor用来实现HTTP协议的,Adapter将请求适配到Servlet容器进行具体的处理。
Endpoint的抽象实现AbstractEndpoint里面定义的Acceptor和AsyncTimeout两个内部类和一个Handler接口。Acceptor用于监听请求,AsyncTimeout用于检查异步Request的超时,Handler用于处理接收到的Socket,在内部调用Processor进行处理。
先不用太纠结,了解Connector是做什么的就可以,后续再深入。

五、Container
tomcat的container层次如下:

 

5.1、Engine
一个Service中有多个Connector和一个Engine,Engine表示整个Servlet引擎,一个Engine下面可以包含一个或者多个Host,即一个Tomcat实例可以配置多个虚拟主机,默认的情况下 conf/server.xml 配置文件中<Engine name="Catalina" defaultHost="localhost"> 定义了一个名为Catalina的Engine。

Engine的UML类图如下:

 

ContainerBase和LifecycleBase都是抽象出来的公共层。

5.2、Host
Host,代表一个站点,也可以叫虚拟主机,一个Host可以配置多个Context,在server.xml文件中的默认配置为<Host name="localhost" appBase="webapps" unpackWARs="true" autoDeploy="true">, 其中appBase=webapps, 也就是<CATALINA_HOME>\webapps目录,unpackingWARS=true 属性指定在appBase指定的目录中的war包都自动的解压,autoDeploy=true 属性指定对加入到appBase目录的war包进行自动的部署。

一个Engine包含多个Host的设计,使得一个服务器实例可以承担多个域名的服务,是很灵活的设计。

其标准实现继承图如下:

 

5.3、Context
Context,代表一个应用程序,就是日常开发中的web程序,或者一个WEB-INF目录以及下面的web.xml文件,换句话说每一个运行的webapp最终都是以Context的形式存在,每个Context都有一个根路径和请求路径;与Host的区别是Context代表一个应用,如,默认配置下webapps下的每个目录都是一个应用,其中ROOT目录中存放主应用,其他目录存放别的子应用,而整个webapps是一个站点。

在Tomcat中通常采用如下方式创建一个Context:

在<CATALINA_HOME>\webapps 目录中创建一个目录dirname,此时将自动创建一个context,默认context的访问url为http://host:port/dirname,也可以通过在ContextRoot\META-INF 中创建一个context.xml文件,其中包含如下内容来指定应用的访问路径:
在server.xml文件中增加context 元素,如下:<Context path="/urlpath" docBase="/test/xxx" reloadable=true />
这样就可以通过http://host:port/urlpath访问上面配置的应用。

可以打开tomcat目录对照一下:

 

其标准实现类图如下:

 

5.4、Wrapper
一个Context可以包含多个Servlet处理不同请求,当然现在的SpringMVC,struts框架的出现导致程序中不再是大量的Servlet,但其实本质是没变的,都是由Servlet来处理或者当作入口。

在tomcat中Servlet被称为wrapper,其标准类图如下:

 

那么为什么要用Wrapper来表示Servlet?这和tomcat的处理机制有关,为了更加灵活,便于扩展,tomcat是用管道(pipeline)和阀(valve)的形式来处理请求,所以将Servlet丢给Wrapper。这个后续再分析。

那么现在tomcat就是这样的:

 

六、Tomncat启动流程
tomcat的启动流程很标准化,入口是BootStrap,统一按照生命周期管理接口Lifecycle的定义进行启动。首先,调用init()方法逐级初始化,接着调用start()方法进行启动,同时,每次调用伴随着生命周期状态变更事件的触发。

每一级组件除完成自身的处理外,还有负责调用子组件的相关调用,组件和组件之间是松耦合的,可以通过配置进行修改。

大致流程图如下:

 

七、总结
差不多就是这样,大概了解总体的结构,当然这里面没有过多提及除Connector和Container外的其他结构,如果感兴趣,可以自行学习。

原文链接:https://blog.csdn.net/w1992wishes/article/details/79242797

posted @ 2020-04-14 20:24  朱子威  阅读(178)  评论(0编辑  收藏  举报