1.背景

Tomcat作為JavaWeb領域的Web容器，目前在我們淘寶也使用的也非常廣泛，現在基本上所有線上業務系統都是部署在Tomcat上。為了對平時開發的Web系統有更深入的理解以及出於好奇心對我們寫的Web系統是如何跑在Tomcat上的，於是仔細研究了下Tomcat的源碼。大家都知道Servlet規範是Java領域中為服務端編程制定的規範，對於我們開發者只是關註了Servlet規範中提供的編程組件(ServletContextListener,Filer,Servlet) 等 ，但是規範中還有一些我們經常使用的接口（ServletContext,ServletRequest,ServletResponse,FilterChain）等都是由Tomcat去實現的，並且我們開發者實現的編程組件只是被Tomcat去回調而已。所以看Tomcat源碼實現也有助於我們更好的理解Servlet規範及系統如何在容器中運行(一些開源的MVC框架如Struts2,Webx,SpringMVC本質無非就是這個)

2.Tomcat體系結構

仔細查看下圖（網絡上描述Tomcat架構比較清晰的一張圖），不難發現其中的Connecotr組件以及與Container組件是Tomcat的核心。一個Server可以有多個Service，而一個Service可以包含了多個Connector組件和一個Engine容器組件，一個Engine可以由多個虛擬主機Host組成，每一個Host下面又可以由多個Web應用Context構成，每一個的Context下面可以包含多個Wrapper（Servlet的包裝器）組成。

Tomcat將Engine，Host，Context，Wrapper統一抽象成Container。一個抽象的Container模塊可以包含各種服務。例如，Manager管理器（Session管理），Pipeline管道（ 維護管道閥門Value ）等。Lifecycle接口統一定義了容器的生命周期，通過事件機制實現各個容器間的內部通訊。而容器的核心接口Container的抽象實現中定義了一個Pipeline，一個Manager，一個Realm以及ClassLoader統一了具體容器的實現規範。連接器（Connector）組件的主要任務是為其所接收到的每一個請求（可以是HTTP協議，也可以AJP協議），委托給具體相關協議的解析類ProtocolHandler，構造出Request 對象和Response 對象。然後將這兩個對象傳送給容器（Container）進行處理。容器（Container）組件收到來自連接器（Connector）的Request 和Response對象後，負責調用Filter，最後調用Servlet的service 方法（進入我們開發的Web系統中）。

1.Server組件：Server是最頂級的組件，代表Tomcat的運行實例；包含Listener組件用以監聽生命周期中的各種事件；包含GlobalNamingResources組件用以集成JNDI；包含Service組件用以提供服務。

2.Service組件：Service是服務的抽象，代表請求從接受到處理的所有組件的集合；Server組件可以包含多個Service組件；包含Connector組件用以接收客戶端的信息；包含Engine組件用以處理請求；包含Executor用以提供線程池執行任務。

3.Connector組件：接收客戶端連接並接收信息報文，信息報文經由它解析後送往容器中處理；包含Mapper組件對請求地址進行路由；包含CoyoteAdaptor組件用以將Connector組件和Engine等容器組件適配起來；包含Protocol組件用以接收客戶端連接、接收客戶端信息報文、報文解析處理、對客戶端響應等整個過程。

4.Protocol組件：包含JioEndPoint組件，其中的Acceptor組件將啟動某個端口的監聽，將監聽到的請求放入線程池Executor組件，其中的Processor組件對HTTP協議解析並傳遞到Engine容器繼續處理；NIO模式下NioEndPoint多了一個Poller組件輪詢多個客戶端連接處理事件。

Engine組件：代表全局Servlet引擎；每個Service組件只能包含一個Engine容器組件；包含Listener組件用以在生命周期中對Engine相關的事件進行監聽；包含AccessLog組件以記錄訪問日誌；包含Cluster組件以提供集群功能，將需要共享的數據同步到集群中的其他Tomcat實例中；包含Pipeline組件用以處理請求；包含Realm組件用以提供安全權限功能。

5.Host組件：代表虛擬主機；一個Engine組件可以包含若幹個Host容器組件；包含Listener組件用以在生命周期中對Host相關的事件進行監聽；包含AccessLog組件以記錄訪問日誌；包含Cluster組件以提供集群功能，將需要共享的數據同步到集群中的其他Tomcat實例中；包含Pipeline組件用以處理請求；包含Realm組件用以提供安全權限功能。

6.Context組件：是Web應用的抽象，Web應用部署到Tomcat後運行時就會轉化成Context對象；包含了各種靜態資源、若幹Servlet（Wrapper容器）以及各種其他動態資源；

　　包含Listener組件用以在生命周期中對Context相關的事件進行監聽；

　　包含AccessLog組件以記錄訪問日誌；

　　包含Pipeline組件用以處理請求；

　　包含Realm組件用以提供安全權限功能；

　　包含Loader組件用以加載Web應用的資源，保證不同Web應用之間的資源隔離；

　　包含Manager組件用以管理Web容器的會話，包括維護會話的生成、更新和銷毀；

　　包含NamingResource組件將Tomcat配置文件的server.xml和Web應用的context.xml資源和屬性映射到內存中；

7.Mapper組件用以作為路由映射Servlet。

8.Wrapper組件：對應的是Servlet；包含Web應用開發常用的Servlet組件；包含ServletPool組件用以存放Servlet對象，當Web應用的Servlet實現了SingleThreadModel接口時則會再Wrapper中產生一個Servlet對象池，線程執行時，需先從對象池中獲取到一個Servlet對象，ServletPool組件能保證Servlet對象的線程安全；包含Pipeline組件用以處理請求。

我們從功能的角度將Tomcat源代碼分成5個子模塊，它們分別是：

1. Jsper子模塊：這個子模塊負責jsp頁面的解析、jsp屬性的驗證，同時也負責將jsp頁面動態轉換為java代碼並編譯成class文件。在Tomcat源代碼中，凡是屬於org.apache.jasper包及其子包中的源代碼都屬於這個子模塊；
2. Servlet和Jsp規範的實現模塊：這個子模塊的源代碼屬於javax.servlet包及其子包，如我們非常熟悉的javax.servlet.Servlet接口、javax.servet.http.HttpServlet類及javax.servlet.jsp.HttpJspPage就位於這個子模塊中；
3. Catalina子模塊：這個子模塊包含了所有以org.apache.catalina開頭的java源代碼。該子模塊的任務是規範了Tomcat的總體架構，定義了Server、Service、Host、Connector、Context、Session及Cluster等關鍵組件及這些組件的實現，這個子模塊大量運用了Composite設計模式。同時也規範了Catalina的啟動及停止等事件的執行流程。從代碼閱讀的角度看，這個子模塊應該是我們閱讀和學習的重點。
4. Connectors子模塊：如果說上面三個子模塊實現了Tomcat應用服務器的話，那麽這個子模塊就是Web服務器的實現。所謂連接器(Connector)就是一個連接客戶和應用服務器的橋梁，它接收用戶的請求，並把用戶請求包裝成標準的Http請求(包含協議名稱，請求頭Head，請求方法是Get還是Post等等)。同時，這個子模塊還按照標準的Http協議，負責給客戶端發送響應頁面，比如在請求頁面未發現時，connector就會給客戶端瀏覽器發送標準的Http 404錯誤響應頁面。
5. Resource子模塊：這個子模塊包含一些資源文件，如Server.xml及Web.xml配置文件。嚴格說來，這個子模塊不包含java源代碼，但是它還是Tomcat編譯運行所必需的。

tomcat整體架構