Tomcat架构探索

前言

花了一个礼拜的时间阅读了how tomcat works，本文基于此书，整理了一下Tomcat 5的基本架构，其实也没什么多复杂的东西，无非是解析Http请求，然后调用相应的Servlet。另推荐看CSAPP的网络编程那一章

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Tomcat由两个模块协同合作

connector container

connector负责解析处理HTTP请求，比如说请求头,查询字符串,请求参数之类的。生成HttpRequest和HttpResponse
之后交给container，由它负责调用相应的Servlet。

Connector

Tomcat默认的Connector为HttpConnector。作为Connector必须要实现Connector这个接口。

Tomcat启动以后会开启一个线程，做一个死循环，通过ServerSocket来等待请求。一旦得到请求，生成Socket，注意这里HttpConnector并不会自己处理Socket，而是把它交给HttpProcessor。详细看下面代码，这里我只保留了关键代码。

public void run() { // Loop until we receive a shutdown command while (!stopped) { Socket socket = null; try { socket = serverSocket.accept(); //等待链接 } catch (AccessControlException ace) { log("socket accept security exception", ace); continue; } // Hand this socket off to an appropriate processor HttpProcessor processor = createProcessor(); processor.assign(socket); //这里是立刻返回的 // The processor will recycle itself when it finishes } }

注意一点，上面的processor.assign(socket);是立刻返回的，并不会阻塞在那里等待。因为Tomcat不可能一次只能处理一个请求，所以是异步的，每个processor处理都是一个单独的线程。

HttpProcessor

上面的代码并没有显示调用HttpProcessor的process方法，那这个方法是怎么调用的呢？我们来看一下HttpProcessor的run方法。

public void run() { // Process requests until we receive a shutdown signal while (!stopped) { // Wait for the next socket to be assigned Socket socket = await(); if (socket == null) continue; // Process the request from this socket try { process(socket); } catch (Throwable t) { log("process.invoke", t); } // Finish up this request connector.recycle(this); } }

我们发现他是调用await方法来阻塞等待获得socket方法。而之前Connector是调用assign分配的，这是什么原因？
下面仔细看await和assign方法。这两个方法协同合作，当assign获取socket时会通知await然后返回socket。

synchronized void assign(Socket socket) { // Wait for the Processor to get the previous Socket while (available) { try { wait(); } catch (InterruptedException e) { } } // Store the newly available Socket and notify our thread this.socket = socket; available = true; notifyAll(); } private synchronized Socket await() { // Wait for the Connector to provide a new Socket while (!available) { try { wait(); } catch (InterruptedException e) { } } // Notify the Connector that we have received this Socket Socket socket = this.socket; available = false; notifyAll(); return (socket); }

默认available为false。

接下来就是剩下的事情就是解析请求，填充HttpRequest和HttpResponse对象，然后交给container负责。
这里我不过多赘述如何解析。

private void process(Socket socket) { //parse .... connector.getContainer().invoke(request, response); .... } Container

A Container is an object that can execute requests received from a client, and return responses based on those requests

Container是一个接口，实现了这个接口的类的实例，可以处理接收的请求，调用对应的Servlet。

总共有四类Container，这四个Container之间并不是平行关系，而是父子关系

Engine- 最顶层的容器，可以包含多个Host Host- 代表一个虚拟主机，可以包含多个Context Context- 代表一个web应用，也就是ServletContext，可以包含多个Wrappers Wrapper- 代表一个Servlet,不能包含别的容器了，这是最底层 Container的调用

容器好比是一个加工厂，加工接受的request，加工方式和流水线也很像，但又有点区别。这里会用到一个叫做Pipeline的 东西，中文翻译为管道，request就放在管道里顺序加工，进行加工的工具叫做Valve，好比手术刀，Pipeline可添加多个Valve,最后加工的工具称为BaseValve

上面可能讲的比较抽象，接下来我们来看代码。Engine是顶层容器，所以上面invoke，执行的就是Engine的方法。StandardEngine是Engine的默认实现，注意它也同时实现了Pipeline接口，且包含了Pipeline。

它的构造方法同时指定了baseValve,也就是管道最后一个调用的Valve

public StandardEngine() { super(); pipeline.setBasic(new StandardEngineValve()); }

好，接着我们看invoke,这个方法是继承自ContainerBase。只有一行，之间交给pipeline，进行加工。

public void invoke(Request request, Response response) throws IOException, ServletException { pipeline.invoke(request, response); }

下面是StandardPipeline的invoke实现，也就是默认的pipeline实现。

public void invoke(Request request, Response response) throws IOException, ServletException { // Invoke the first Valve in this pipeline for this request (new StandardPipelineValveContext()).invokeNext(request, response); }

也只有一行！调用StandardPipelineValveContext的invokeNext方法，这是一个pipeline的内部类。让我们来看
具体代码

public void invokeNext(Request request, Response response) throws IOException, ServletException { int subscript = stage; stage = stage + 1; // Invoke the requested Valve for the current request thread if (subscript < valves.length) { valves[subscript].invoke(request, response, this); //加工 } else if ((subscript == valves.length) && (basic != null)) { basic.invoke(request, response, this); } else { throw new ServletException (sm.getString("standardPipeline.noValve")); } }

它调用了pipeline所用的Valve来对request做加工，当Valve执行完，会调用BaseValve,也就是上面的StandardEngineValve，
我们再来看看它的invoke方法：

// Select the Host to be used for this Request StandardEngine engine = (StandardEngine) getContainer(); Host host = (Host) engine.map(request, true); if (host == null) { ((HttpServletResponse) response.getResponse()).sendError (HttpServletResponse.SC_BAD_REQUEST, sm.getString("standardEngine.noHost", request.getRequest().getServerName())); return; } // Ask this Host to process this request host.invoke(request, response);

它通过(Host) engine.map(request, true);获取所对应的Host,然后进入到下一层容器中继续执行。后面的执行顺序
和Engine相同，我不过多赘述

执行顺序小结

经过一长串的invoke终于讲完了第一层容器的执行顺序。估计你们看的有点晕，我这里小结一下。

Connector -> HttpProcessor.process() -> StandardEngine.invoke() -> StandardPipeline.invoke() ->
StandardPipelineValveContext.invokeNext() -> valves.invoke() -> StandardEngineValve.invoke() ->
StandardHost.invoke()

到这里位置Engine这一层结束。接下来进行Host，步骤完全一致

StandardHost.invoke() -> StandardPipeline.invoke() ->
StandardPipelineValveContext.invokeNext() -> valves.invoke() -> StandardHostValve.invoke() ->
StandardContext.invoke()

然后再进行Context这一层的处理，到最后选择对应的Wrapping执行。

Wrapper

Wrapper相当于一个Servlet实例，StandardContext会更根据的request来选择对应的Wrapper调用。我们直接来看看
Wrapper的basevalve是如果调用Servlet的service方法的。下面是StandardWrapperValve的invoke方法，我省略了很多，
只看关键。

public void invoke(Request request, Response response, ValveContext valveContext) throws IOException, ServletException { // Allocate a servlet instance to process this request if (!unavailable) { servlet = wrapper.allocate(); } // Create the filter chain for this request ApplicationFilterChain filterChain = createFilterChain(request, servlet); // Call the filter chain for this request // NOTE: This also calls the servlet\'s service() method String jspFile = wrapper.getJspFile(); //是否是jsp if (jspFile != null) sreq.setAttribute(Globals.JSP_FILE_ATTR, jspFile); else sreq.removeAttribute(Globals.JSP_FILE_ATTR); if ((servlet != null) && (filterChain != null)) { filterChain.doFilter(sreq, sres); } sreq.removeAttribute(Globals.JSP_FILE_ATTR); }

首先调用wrapper.allocate(),这个方法很关键，它会通过反射找到对应servlet的class文件，构造出实例返回给我们。然后创建一个FilterChain，熟悉j2ee的各位应该对这个不陌生把？这就是我们在开发web app时使用的filter。然后就执行doFilter方法了，它又会调用internalDoFilter，我们来看这个方法

private void internalDoFilter(ServletRequest request, ServletResponse response) throws IOException, ServletException { // Call the next filter if there is one if (this.iterator.hasNext()) { ApplicationFilterConfig filterConfig = (ApplicationFilterConfig) iterator.next(); Filter filter = null; filter = filterConfig.getFilter(); filter.doFilter(request, response, this); return; } // We fell off the end of the chain -- call the servlet instance if ((request instanceof HttpServletRequest) && (response instanceof HttpServletResponse)) { servlet.service((HttpServletRequest) request, (HttpServletResponse) response); } else { servlet.service(request, response); } }

终于，在这个方法里看到了service方法，现在你知道在使用filter的时候如果不执行doFilter，service就不会执行的原因了把。

小结

Tomcat的重要过程应该都在这里了，还值得一提的是LifeCycle接口，这里所有类几乎都实现了LifeCycle，Tomcat通过它来统一管理容器的生命流程，大量运用观察者模式。有兴趣的同学可以自己看书

Referance

How Tomcat works