四图带你了解Tomcat系统架构——让面试官颤抖Tomcat系列
Java高级架构——Tomcat源码解析之整体流程介绍
一、架构
下面谈谈我对Tomcat架构的理解
总体架构:
1、面向组件架构
2、基于JMX
3、事件侦听
tomcat代码看似很庞大,但从结构上看却很清晰和简单,它主要由一堆组件组成,如Server、Service、Connector等,并基于JMX管理这些组件,另外实现以上接口的组件也实现了代表生存期的接口Lifecycle,使其组件履行固定的生存期,在其整个生存期的过程中通过事件侦听LifecycleEvent实现扩展。Tomcat的核心类图如下所示:
Java高级架构——Tomcat源码解析之整体流程介绍
1、Catalina:与开始/关闭shell脚本交互的主类,因此如果要研究启动和关闭的过程,就从这个类开始看起。
2、Server:是整个Tomcat组件的容器,包含一个或多个Service。
3、Service:Service是包含Connector和Container的集合,Service用适当的Connector接收用户的请求,再发给相应的Container来处理。
4、Connector:实现某一协议的连接器,如默认的有实现HTTP、HTTPS、AJP协议的。
5、Container:可以理解为处理某类型请求的容器,处理的方式一般为把处理请求的处理器包装为Valve对象,并按一定顺序放入类型为Pipeline的管道里。Container有多种子类型:Engine、Host、Context和Wrapper,这几种子类型Container依次包含,处理不同粒度的请求。另外Container里包含一些基础服务,如Loader、Manager和Realm。
6、Engine:Engine包含Host和Context,接到请求后仍给相应的Host在相应的Context里处理。
7、Host:就是我们所理解的虚拟主机。
8、Context:就是我们所部属的具体Web应用的上下文,每个请求都在是相应的上下文里处理的
9、Wrapper:Wrapper是针对每个Servlet的Container,每个Servlet都有相应的Wrapper来管理。
可以看出Server、Service、Connector、Container、Engine、Host、Context和Wrapper这些核心组件的作用范围是逐层递减,并逐层包含。
下面就是些被 Container所用的基础组件:
1、Loader:是被Container用来载入各种所需的Class。
2、Manager:是被Container用来管理Session池。
3、Realm:是用来处理安全里授权与认证。
分析完核心类后,再看看Tomcat启动的过程,Tomcat启动的时序图如下所示:
从上图可以看出, Tomcat启动分为init和start两个过程,核心组件都实现了Lifecycle接口,都需实现start方法,因此在start过程中就是从Server开始逐层调用子组件的start过程。
JMX(Java Management Extensions,即Java管理扩展)是一个为应用程序、设备、系统等植入管理功能的框架。
T omcat会为每个组件进行注册过程,通过Registry管理起来 ,而Registry是基于JMX来实现的,因此在看组件的init和start过程实际上就是初始化MBean和触发MBean的start方法,会大量看到形如:
Registry.getRegistry(null, null).invoke(mbeans, "init", false);
Registry.getRegistry(null, null).invoke(mbeans, "start", false);
这样的代码,这实际上就是通过JMX管理各种组件的行为和生命期。
3)事件侦听
各个组件在其生命期中会有各种各样行为,而这些行为都有触发相应的事件,Tomcat就是通过侦听这些时间达到对这些行为进行扩展的目的。在看组件的init和start过程中会看到大量如:
lifecycle.fireLifecycleEvent(AFTER_START_EVENT, null);
这样的代码,这就是对某一类型事件的触发,如果你想在其中加入自己的行为,就只用注册相应类型的事件即可。
二、一次完整请求的里里外外
前几天分析了一下Tomcat的架构和启动过程,今天开始研究它的运转机制。Tomcat最本质就是个能运行JSP/Servlet的Web服务器 ,因此最典型的应用就是用户通过浏览器访问服务器,Tomcat接收到请求后转发给Servlet,由Servlet处理完后,把结果返回给客户端。今天就专门解析一下这么一个完整的请求的内部机理。
通过DEBUG,一路跟下来,发现Tomcat处理请求的核心过程是以下几点:
1、启动的时候启动预支持协议的Endpoint,Endpoint会起专门的线程监听相应协议的请求,默认的情况下,会启动JIoEndpoint,JIoEndpoint基于Java ServerSocket接收Http的请求
2、ServerSocket接收到客户端请求的Socket后,一路包装,并一路从Host一直传递到Wrapper,再请求到相应的Servlet
下面将重点解析以上两个过程。
通过以前的分析(Tomcat源码分析一)可知道当Tomcat启动的时候会启动Connector,此时Connector会通过ProtocolHandler把Endpoint启动起来。默认情况下,Tomcat会启动两种Connector,分别是Http协议和AJP协议的,依次对应Http11Protocol和AjpProtocol,两者都是启动JIoEndpoint。下面看看JIoEndpoint的start方法:
public void start() throws Exception { // Initialize socket if not done before if (!initialized) { init(); } if (!running) { running = true; paused = false; // Create worker collection if (executor == null) { workers = new WorkerStack(maxThreads); } // Start acceptor threads for (int i = 0; i < acceptorThreadCount; i++) { Thread acceptorThread = new Thread(new Acceptor(), getName() + "-Acceptor-" + i); acceptorThread.setPriority(threadPriority); acceptorThread.setDaemon(daemon); acceptorThread.start(); } } }
以上代码很清晰地表示启动acceptorThreadCount个线程,每个线程由Acceptor代理,具体看看Acceptor的run方法:
protected class Acceptor implements Runnable { /** * The background thread that listens for incoming TCP/IP connections and * hands them off to an appropriate processor. */ public void run() { // Loop until we receive a shutdown command while (running) { // Loop if endpoint is paused while (paused) { try { Thread.sleep(1000); } catch (InterruptedException e) { // Ignore } } // Accept the next incoming connection from the server socket try { Socket socket = serverSocketFactory.acceptSocket(serverSocket); serverSocketFactory.initSocket(socket); // Hand this socket off to an appropriate processor if (!processSocket(socket)) { // Close socket right away try { socket.close(); } catch (IOException e) { // Ignore } } }catch ( IOException x ) { if ( running ) log.error(sm.getString("endpoint.accept.fail"), x); } catch (Throwable t) { log.error(sm.getString("endpoint.accept.fail"), t); } // The processor will recycle itself when it finishes } } }
由此可得到这么一个结论:Tomcat就是通过ServerSocket监听Socket的方式来接收客户端请求的。找到处理请求的源头后下面要做的是事情就简单了,打好断点,在浏览器里请求一个最简单的Hello world,一路debug下去。一路跟下来,主流程的时序图如下所示:
从上图可知,以上过程可分解成以下三个最主要的核心点:
1、基于Http1.1协议对Socket的解析和包装
2、StandardEngineValve、StandardHostValve、StandardContextValve和StandardWrapperValve四种Valve的一路inoke。四种不同层次的Valve做了不同层次的处理和封装
3、基于责任链模式ApplicationFilterChain实现Filter拦截和实际Servlet的请求
以上三个核心点都是内容非常丰富的可研究点,会在以后几天逐一进行剖析。