深入理解Tomcat系列之一：系統架構
Tomcat是Apache基金組織下的開源項目，性質是一個Web服務器。下面這種情況很普遍：在eclipse床架一個web項目並部署到Tomcat中，啟動tomcat，在瀏覽器中輸入一個類似http://localhost:8080/webproject/anyname.jsp的url，然後就可以看到我們寫好的jsp頁面的內容了。一切都是那麽自然和順理成章，然而這一切都是源於tomcat帶給我們的，那麽在tomcat背後，這一切又是怎麽樣發生的呢？帶著對tomcat工作原理的好奇心，我決定研究一下tomcat的源碼，然而部署源碼環境的過程卻讓我心灰意冷，本著搞不定我還真不信的熱情，折騰了一個晚上+一個早上，終於把源碼源碼環境搭建好了。
搭建Tomcat源碼環境指導
Tomcat的系統架構
Tomcat中的核心組件說明
Servlet工作原理
一個例子
Tomcat的系統架構
首先我們從一個宏觀的角度來看一下Tomcat的系統的架構：
從這張圖中可以看到，Tomcat的核心組件就兩個Connector和Container（後面還有詳細說明），一個Connector+一個Container構成一個Service，Service就是對外提供服務的組件，有了Service組件Tomcat就可以對外提供服務了，但是光有服務還不行，還得有環境讓你提供服務才行，所以最外層的Server就為Service提供了生存的土壤。那麽這些個組件到底是幹嘛用的呢？Connector是一個連接器，主要負責接收請求並把請求交給Container，Container就是一個容器，主要裝的是具體處理請求的組件。Service主要是為了關聯Container與Connector，一個單獨的Container或者一個單獨的Connector都不能完整處理一個請求，只有兩個結合在一起才能完成一個請求的處理。Server這是負責管理Service集合，從圖中我們看到一個Tomcat可以提供多種服務，那麽這些Serice就是由Server來管理的，具體的工作包括：對外提供一個接口訪問Service，對內維護Service集合，維護Service集合又包括管理Service的生命周期、尋找一個請求的Service、結束一個Service等。以上就是對Tomcat的核心組件的簡要說明，下面我們詳細看看每一個組件的執行流程：
Server
上面說Server是管理Service接口的，Server是Tomcat的頂級容器，是一個接口，Server接口的標準實現類是StandardServer類，在Server接口中有許多方法，我們重點關註兩個方法：addService()和findService(String)。我們先來看看Server接口的全貌：
接著看看addService()和findService(String)的實現代碼：
代碼清單1-1:
/**
- Add a new Service to the set of defined Services.
-
@param service The Service to be added*/
@Override
br/>*/
@Override
service.setServer(this);
synchronized (services) {
Service results[] = new Service[services.length + 1];
System.arraycopy(services, 0, results, 0, services.length);
results[services.length] = service;
services = results;if (getState().isAvailable()) { try { service.start(); } catch (LifecycleException e) { // Ignore } } // Report this property change to interested listeners support.firePropertyChange("service", null, service);}
}
可以看到，Server使用一個數組來管理Service的，每添加一個Service就把原來的Service拷貝到一個新的數組中，再把新的Service放入Service數組中。所以Server與Service是關聯在一起的，那麽後面的getState().isAvailable()是幹嘛的呢？判斷狀態是否無效，從而決定是否執行service方法。這裏說到了狀態，就不得不說Tomcat管理各組件生命周期的Lifecycle接口了：
Lifecycle接口
Tomcat中的組件都交給這個接口管理，但是具體組件的生命周期是由包含組件的父容器來管理的，Tomcat中頂級容器管理著Service的生命周期，Service容器又是Connector和Container的父容器，所以這兩個組件的生命周期是由Service管理的，Container也有子容器，所以管理著這些子容器的生命周期。這樣，只要所有組件都實現了Lifecycle接口，從頂層容器Server開始，就可以控制所有容器的生命周期了。Lifecycle接口中定義了很多狀態，在api中詳細說明了調用不同方法後的狀態轉變，同時定義了不同的方法，這些方法在執行後狀態會發生相應的改變，在Lifecycle接口中定義了如下方法：
在StandServer中實現了startInernal()方法，就是循環啟動StandServer管理的Service的過程，Tomcat的Service都實現了Lifecycle接口，所以被管理的Service都將被通知到，從而執行start()方法，startIntenal()方法是這樣的：
代碼清單1-2：
/**
- Start nested components ({@link Service}s) and implement the requirements
- of {@link org.apache.catalina.util.LifecycleBase#startInternal()}.
- @exception LifecycleException if this component detects a fatal error
-
that prevents this component from being used*/
@Override
br/>*/
@Override
fireLifecycleEvent(CONFIGURE_START_EVENT, null);
setState(LifecycleState.STARTING);globalNamingResources.start();
// Start our defined Services
synchronized (services) {
for (int i = 0; i < services.length; i++) {
services[i].start();
}
}
}
現在所有的Service就會收到通知繼而執行start方法。如果一個Service不允許被使用將會拋出一個LifecycleException異常。
stopIntenal()會通知所有Service執行stop方法，具體處理流程與startIntenal()方法類似。這個執行過程涉及一個非常重要的設計模式，就是觀察者模式。
現在我們已經能夠知道了容器通過Lifecycle接口管理容器的生命周期，那麽在父容器的狀態改變具體是怎麽樣通知給子容器的呢？回到代碼清單1-2，我們註意到有一個fireLifecycleEvent()方法，fireLifecycleEvent()的執行流程如下：
調用LifecycleBase的fireLifecycleEvent(LifecycleListener listener)方法，LifecycleBase是一個抽象類，實現了Lifecycle接口
繼續調用LifecycleSupport（是一個輔助完成對已經註冊監聽器的事件通知類，不可被繼承，使用final)的fireLifecycleEvent(String type, Object data)方法
完成事件通知
fireLifecycleEvent(String type, Object data)的方法如下：
代碼清單1-3：
/**
- Notify all lifecycle event listeners that a particular event has
- occurred for this Container. The default implementation performs
- this notification synchronously using the calling thread.
- @param type Event type
-
@param data Event data
*/
public void fireLifecycleEvent(String type, Object data) {LifecycleEvent event = new LifecycleEvent(lifecycle, type, data);
LifecycleListener interested[] = listeners;
for (int i = 0; i < interested.length; i++)
interested[i].lifecycleEvent(event);
}
所以，具體事件的通知是由LifecycleListener接口的lifecycleEvent方法完成的，各實現類可以根據不同的情況實現不同的事件監聽邏輯
Service
Service是具體提供服務的接口，一個Service包裝了Connector和一個Container，在Tomcat中這點是如何實現的呢？Service是一個接口，其標準實現類是StandardService，下面是這兩個類的鳥瞰圖：
這裏，我們只關心與Connector和Container最緊密的方法：setContainer()和addConnector()方法，先看一下setContainer()方法的源碼：
代碼清單2-1：
/**
- Set the <code>Container</code> that handles requests for all
- <code>Connectors</code> associated with this Service.
-
@param container The new Container*/
@Override
br/>*/
@Override
Container oldContainer = this.container;
if ((oldContainer != null) && (oldContainer instanceof Engine))
((Engine) oldContainer).setService(null);
this.container = container;
if ((this.container != null) && (this.container instanceof Engine))
((Engine) this.container).setService(this);
if (getState().isAvailable() && (this.container != null)) {
try {
this.container.start();
} catch (LifecycleException e) {
// Ignore
}
}
if (getState().isAvailable() && (oldContainer != null)) {
try {
oldContainer.stop();
} catch (LifecycleException e) {
// Ignore
}
}// Report this property change to interested listeners
support.firePropertyChange("container", oldContainer, this.container);
}
從代碼中可以看到這個方法主要的任務是設置一個Container容器來處理一個或者多個Connector傳送過來的請求。首先判斷當前的Service是否已經關聯了Container容器，如果已經關聯了就去除這個關聯關系。如果原來的Container容器已經啟動了就終止其生命周期，結束運行並設置新的關聯關系，這個新的Container容器開始新的生命周期。最後把這個過程通知給感興趣的事件監聽程序。
下面看看addConnector的方法：
代碼清單2-2：
/**
- Add a new Connector to the set of defined Connectors, and associate it
- with this Service‘s Container.
-
@param connector The Connector to be added*/
@Override
br/>*/
@Override
synchronized (connectors) {
connector.setService(this);
Connector results[] = new Connector[connectors.length + 1];
System.arraycopy(connectors, 0, results, 0, connectors.length);
results[connectors.length] = connector;
connectors = results;if (getState().isAvailable()) { try { connector.start(); } catch (LifecycleException e) { log.error(sm.getString( "standardService.connector.startFailed", connector), e); } } // Report this property change to interested listeners support.firePropertyChange("connector", null, connector);}
}
總結：
執行過程也比較清楚：用一個同步代碼塊包住connectors數組，首先設置connector與container和service的關聯關系，然後讓connector開始新的生命周期，最後通知感興趣的事件監聽程序。註意到Connector的管理和Server管理Service一樣都使用了數組拷貝並把新的數組賦給當前的數組，從而間接實現了動態數組。之所以使用數組我想可能是出於性能的考慮吧。
深入理解Tomcat系列之一：系統架構