本章結(jié)構(gòu)如下：

• 前言
• Tomcat頂層結(jié)構(gòu)
• Server
• Service
• Connector
• Container
• Tomncat啟動(dòng)流程

一、前言

一般而言唱较，對(duì)于一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)哥纫，直接扎進(jìn)去看源碼會(huì)是很難受的霉旗，會(huì)浪費(fèi)大量的時(shí)間和腦細(xì)胞，卻得不到理想的效果蛀骇。

這個(gè)時(shí)候厌秒，策略很重要，應(yīng)該明白擅憔，越是復(fù)雜的東西鸵闪，越會(huì)有良好的邏輯和層次，否則開發(fā)者自己估計(jì)過段時(shí)間怕也搞不清了暑诸。

tomcat是一個(gè)很大的系統(tǒng)蚌讼，有復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，想要了解它个榕，就應(yīng)該順著開發(fā)者設(shè)計(jì)之初的思路來(lái)篡石，先了解整體的結(jié)構(gòu)，對(duì)整體有了一定的掌控后西采，再逐個(gè)分析凰萨，了解感興趣的細(xì)節(jié)。

二械馆、Tomcat頂層結(jié)構(gòu)

先上一張圖：

上圖大概展示了tomcat的結(jié)構(gòu)胖眷，下面先簡(jiǎn)單介紹各個(gè)模塊：

• Server：服務(wù)器的意思，代表整個(gè)tomcat服務(wù)器狱杰，一個(gè)tomcat只有一個(gè)Server瘦材；
• Service：Server中的一個(gè)邏輯功能層厅须， 一個(gè)Server可以包含多個(gè)Service仿畸；
• Connector：稱作連接器，是Service的核心組件之一朗和，一個(gè)Service可以有多個(gè)Connector错沽，主要是連接客戶端請(qǐng)求；
• Container：Service的另一個(gè)核心組件眶拉，按照層級(jí)有Engine千埃，Host，Context忆植，Wrapper四種放可，一個(gè)Service只有一個(gè)Engine谒臼，其主要作用是執(zhí)行業(yè)務(wù)邏輯；
• Jasper：JSP引擎耀里；
• Session：會(huì)話管理蜈缤；
• ...

上面簡(jiǎn)單列了tomcat的模塊結(jié)構(gòu)，下面結(jié)合配置文件更加具體一點(diǎn)來(lái)分析冯挎，當(dāng)然更多是集中在Connector和Container兩個(gè)組件上底哥，畢竟這是兩個(gè)核心組件，后續(xù)的內(nèi)容也會(huì)更多集中在這兩個(gè)組件上面房官。

先將conf/server.xml配置文件內(nèi)容貼出供參考（注釋部分沒有貼出）：

<?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>

三趾徽、Server

Server是Tomcat最頂層的容器，代表著整個(gè)服務(wù)器翰守，即一個(gè)Tomcat只有一個(gè)Server孵奶，Server中包含至少一個(gè)Service組件，用于提供具體服務(wù)蜡峰。這個(gè)在配置文件中也得到很好的體現(xiàn)（port="8005" shutdown="SHUTDOWN"是在8005端口監(jiān)聽到"SHUTDOWN"命令拒课，服務(wù)器就會(huì)停止）。

Tomcat中其標(biāo)準(zhǔn)實(shí)現(xiàn)是：org.apache.catalina.core.StandardServer類事示，其繼承結(jié)構(gòu)類圖如下：

StandardServer實(shí)現(xiàn)Server很好理解早像，tomcat為所有的組件都提供了生命周期管理，繼承LifecycleMBeanBase則跟tomcat中的生命周期機(jī)制有關(guān)肖爵，后續(xù)文章會(huì)有介紹卢鹦。

四、Service

可以想象劝堪，一個(gè)Server服務(wù)器冀自，它最基本的功能肯定是：

接收客戶端的請(qǐng)求，然后解析請(qǐng)求秒啦，完成相應(yīng)的業(yè)務(wù)邏輯熬粗，然后把處理后的結(jié)果返回給客戶端，一般會(huì)提供兩個(gè)節(jié)本方法余境，一個(gè)start打開服務(wù)Socket連接驻呐，監(jiān)聽服務(wù)端口，一個(gè)stop停止服務(wù)釋放網(wǎng)絡(luò)資源芳来。

這時(shí)的服務(wù)器就是一個(gè)Server類：

如何實(shí)現(xiàn)這個(gè)簡(jiǎn)單的服務(wù)器含末，看過《深入剖析tomcat》的應(yīng)都知道，這部分代碼之前也敲過即舌，在github上（https://github.com/w1992wishes/tomcat-work）佣盒，其實(shí)就是在一個(gè)端口上監(jiān)聽Socket請(qǐng)求，然后解析請(qǐng)求顽聂，返回處理結(jié)果肥惭。

但如果將請(qǐng)求監(jiān)聽和請(qǐng)求處理放在一起盯仪，擴(kuò)展性會(huì)變差，畢竟網(wǎng)絡(luò)協(xié)議不止HTTP一種蜜葱，如果想適配多種網(wǎng)絡(luò)協(xié)議磨总，請(qǐng)求處理又相同，這時(shí)就無(wú)能為力了笼沥，tomcat的設(shè)計(jì)大師不會(huì)采取這種做法蚪燕，而是將請(qǐng)求監(jiān)聽和請(qǐng)求處理分開為兩個(gè)模塊，分別是Connector和Container奔浅，Connector負(fù)責(zé)處理請(qǐng)求監(jiān)聽馆纳，Container負(fù)責(zé)處理請(qǐng)求處理。

但顯然tomcat可以有多個(gè)Connector汹桦，同時(shí)Container也可以有多個(gè)鲁驶。那這就存在一個(gè)問題，哪個(gè)Connector對(duì)應(yīng)哪個(gè)Container舞骆，提供復(fù)雜的映射嗎钥弯？相信看過server.xml文件的人已經(jīng)知道了tomcat是怎么處理的了。

沒錯(cuò)督禽，Service就是這樣來(lái)的脆霎。在conf/server.xml文件中，可以看到Service組件包含了Connector組件和Engine組件（前面有提過狈惫，Engine就是一種容器）睛蛛，即Service相當(dāng)于Connector和Engine組件的包裝器，將一個(gè)或者多個(gè)Connector和一個(gè)Engine建立關(guān)聯(lián)關(guān)系胧谈。在默認(rèn)的配置文件中忆肾，定義了一個(gè)叫Catalina 的服務(wù)，它將HTTP/1.1和AJP/1.3這兩個(gè)Connector與一個(gè)名為Catalina 的Engine關(guān)聯(lián)起來(lái)菱肖。

一個(gè)Server可以包含多個(gè)Service（它們相互獨(dú)立客冈，只是公用一個(gè)JVM及類庫(kù)），一個(gè)Service負(fù)責(zé)維護(hù)多個(gè)Connector和一個(gè)Container稳强。

其標(biāo)準(zhǔn)實(shí)現(xiàn)是StandardService场仲，UML類圖如下：

這時(shí)tomcat就是這樣了：

四、Connector

前面介紹過Connector是連接器键袱，用于接受請(qǐng)求并將請(qǐng)求封裝成Request和Response燎窘，然后交給Container進(jìn)行處理摹闽，Container處理完之后在交給Connector返回給客戶端蹄咖。

一個(gè)Connector會(huì)監(jiān)聽一個(gè)獨(dú)立的端口來(lái)處理來(lái)自客戶端的請(qǐng)求。server.xml默認(rèn)配置了兩個(gè)Connector：

• <Connector port="8080" protocol="HTTP/1.1" connectionTimeout="20000" redirectPort="8443"/>付鹿，它監(jiān)聽端口8080,這個(gè)端口值可以修改澜汤，connectionTimeout定義了連接超時(shí)時(shí)間蚜迅，單位是毫秒，redirectPort 定義了ssl的重定向接口俊抵，根據(jù)上述配置谁不，Connector會(huì)將ssl請(qǐng)求轉(zhuǎn)發(fā)到8443端口。
• <Connector port="8009" protocol="AJP/1.3" redirectPort="8443" />, AJP表示Apache Jserv Protocol徽诲，它將處理Tomcat和Apache http服務(wù)器之間的交互刹帕，此連接器用于處理我們將Tomcat和Apache http服務(wù)器結(jié)合使用的情況，如在同一臺(tái)物理Server上部署一個(gè)Apache http服務(wù)器和多臺(tái)Tomcat服務(wù)器谎替，通過Apache服務(wù)器來(lái)處理靜態(tài)資源以及負(fù)載均衡時(shí)偷溺，針對(duì)不同的Tomcat實(shí)例需要AJP監(jiān)聽不同的端口。

Connector在tomcat中的設(shè)計(jì)比較復(fù)雜钱贯，先大致列上一個(gè)圖：

這里先簡(jiǎn)單介紹Connector挫掏，后續(xù)會(huì)詳細(xì)分析。

Connector使用ProtocolHandler來(lái)處理請(qǐng)求的秩命，不同的ProtocolHandler代表不同的連接類型尉共，比如：Http11Protocol使用的是普通Socket來(lái)連接的（tomcat9已經(jīng)刪除了這個(gè)類，不再采用BIO的方式）弃锐，Http11NioProtocol使用的是NioSocket來(lái)連接的袄友。

其中ProtocolHandler由包含了三個(gè)部件：Endpoint、Processor霹菊、Adapter杠河。

1. Endpoint用來(lái)處理底層Socket的網(wǎng)絡(luò)連接，Processor用于將Endpoint接收到的Socket封裝成Request（這個(gè)Request和ServletRequest無(wú)關(guān)）浇辜，Adapter充當(dāng)適配器券敌，用于將Request轉(zhuǎn)換為ServletRequest交給Container進(jìn)行具體的處理。
2. Endpoint由于是處理底層的Socket網(wǎng)絡(luò)連接柳洋，因此Endpoint是用來(lái)實(shí)現(xiàn)TCP/IP協(xié)議的待诅，而Processor用來(lái)實(shí)現(xiàn)HTTP協(xié)議的，Adapter將請(qǐng)求適配到Servlet容器進(jìn)行具體的處理熊镣。
3. Endpoint的抽象實(shí)現(xiàn)AbstractEndpoint里面定義的Acceptor和AsyncTimeout兩個(gè)內(nèi)部類和一個(gè)Handler接口卑雁。Acceptor用于監(jiān)聽請(qǐng)求，AsyncTimeout用于檢查異步Request的超時(shí)绪囱，Handler用于處理接收到的Socket测蹲，在內(nèi)部調(diào)用Processor進(jìn)行處理。

先不用太糾結(jié)鬼吵，了解Connector是做什么的就可以扣甲，后續(xù)再深入。

五、Container

tomcat的container層次如下：

5.1琉挖、Engine

一個(gè)Service中有多個(gè)Connector和一個(gè)Engine启泣，Engine表示整個(gè)Servlet引擎，一個(gè)Engine下面可以包含一個(gè)或者多個(gè)Host示辈，即一個(gè)Tomcat實(shí)例可以配置多個(gè)虛擬主機(jī)寥茫，默認(rèn)的情況下 conf/server.xml 配置文件中<Engine name="Catalina" defaultHost="localhost"> 定義了一個(gè)名為Catalina的Engine。

Engine的UML類圖如下：

ContainerBase和LifecycleBase都是抽象出來(lái)的公共層矾麻。

5.2纱耻、Host

Host，代表一個(gè)站點(diǎn)险耀，也可以叫虛擬主機(jī)膝迎，一個(gè)Host可以配置多個(gè)Context，在server.xml文件中的默認(rèn)配置為<Host name="localhost" appBase="webapps" unpackWARs="true" autoDeploy="true">, 其中appBase=webapps胰耗， 也就是<CATALINA_HOME>\webapps目錄限次，unpackingWARS=true 屬性指定在appBase指定的目錄中的war包都自動(dòng)的解壓，autoDeploy=true 屬性指定對(duì)加入到appBase目錄的war包進(jìn)行自動(dòng)的部署柴灯。

一個(gè)Engine包含多個(gè)Host的設(shè)計(jì)卖漫，使得一個(gè)服務(wù)器實(shí)例可以承擔(dān)多個(gè)域名的服務(wù)，是很靈活的設(shè)計(jì)赠群。

其標(biāo)準(zhǔn)實(shí)現(xiàn)繼承圖如下：

5.3羊始、Context

Context，代表一個(gè)應(yīng)用程序查描，就是日常開發(fā)中的web程序突委，或者一個(gè)WEB-INF目錄以及下面的web.xml文件，換句話說(shuō)每一個(gè)運(yùn)行的webapp最終都是以Context的形式存在冬三，每個(gè)Context都有一個(gè)根路徑和請(qǐng)求路徑匀油；與Host的區(qū)別是Context代表一個(gè)應(yīng)用，如勾笆，默認(rèn)配置下webapps下的每個(gè)目錄都是一個(gè)應(yīng)用敌蚜，其中ROOT目錄中存放主應(yīng)用，其他目錄存放別的子應(yīng)用窝爪，而整個(gè)webapps是一個(gè)站點(diǎn)弛车。

在Tomcat中通常采用如下方式創(chuàng)建一個(gè)Context：

1. 在<CATALINA_HOME>\webapps 目錄中創(chuàng)建一個(gè)目錄dirname，此時(shí)將自動(dòng)創(chuàng)建一個(gè)context蒲每，默認(rèn)context的訪問url為http://host:port/dirname纷跛，也可以通過在ContextRoot\META-INF 中創(chuàng)建一個(gè)context.xml文件，其中包含如下內(nèi)容來(lái)指定應(yīng)用的訪問路徑：<context path="/urlpath">
2. 在server.xml文件中增加context 元素邀杏，如下：<Context path="/urlpath" docBase="/test/xxx" reloadable=true />

這樣就可以通過http://host:port/urlpath訪問上面配置的應(yīng)用贫奠。

可以打開tomcat目錄對(duì)照一下：

其標(biāo)準(zhǔn)實(shí)現(xiàn)類圖如下：

5.4、Wrapper

一個(gè)Context可以包含多個(gè)Servlet處理不同請(qǐng)求，當(dāng)然現(xiàn)在的SpringMVC叮阅，struts框架的出現(xiàn)導(dǎo)致程序中不再是大量的Servlet刁品，但其實(shí)本質(zhì)是沒變的泣特，都是由Servlet來(lái)處理或者當(dāng)作入口浩姥。

在tomcat中Servlet被稱為wrapper，其標(biāo)準(zhǔn)類圖如下：

那么為什么要用Wrapper來(lái)表示Servlet状您？這和tomcat的處理機(jī)制有關(guān)勒叠，為了更加靈活，便于擴(kuò)展膏孟，tomcat是用管道（pipeline）和閥(valve)的形式來(lái)處理請(qǐng)求眯分，所以將Servlet丟給Wrapper。這個(gè)后續(xù)再分析柒桑。

那么現(xiàn)在tomcat就是這樣的：

六弊决、Tomncat啟動(dòng)流程

tomcat的啟動(dòng)流程很標(biāo)準(zhǔn)化，入口是BootStrap魁淳，統(tǒng)一按照生命周期管理接口Lifecycle的定義進(jìn)行啟動(dòng)飘诗。首先，調(diào)用init()方法逐級(jí)初始化界逛，接著調(diào)用start()方法進(jìn)行啟動(dòng)昆稿，同時(shí)，每次調(diào)用伴隨著生命周期狀態(tài)變更事件的觸發(fā)息拜。

每一級(jí)組件除完成自身的處理外溉潭，還有負(fù)責(zé)調(diào)用子組件的相關(guān)調(diào)用，組件和組件之間是松耦合的少欺，可以通過配置進(jìn)行修改喳瓣。

大致流程圖如下：

七、總結(jié)

差不多就是這樣赞别，大概了解總體的結(jié)構(gòu)夫椭，當(dāng)然這里面沒有過多提及除Connector和Container外的其他結(jié)構(gòu)，如果感興趣氯庆，可以自行學(xué)習(xí)蹭秋。