Tomcat线程模型分析及源码解读

Posted 2021-04-04 架构师日刊

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好了，接下来开始今天的技术分享！上次老师跟大家分享了mysql多版本并发控制MVCC机制的知识，今天跟大家分享下Tomcat线程模型分析及源码解读的知识。

1 四种线程模型 

配置方法：在tomcat conf 下找到server.xml，在<Connector port="8080" protocol="HTTP/1.1"/>

• BIO: protocol =" org.apache.coyote.http11.Http11Protocol"NIO: protocol ="org.apache.coyote.http11.Http11NioProtocol"AIO: protocol ="org.apache.coyote.http11.Http11Nio2Protocol"APR: protocol ="org.apache.coyote.http11.Http11AprProtocol"

2 Connector结构

3  三种请求接受方式 

Tomcat支持三种接收请求的处理方式：BIO、NIO、APR

1.BIO模式

阻塞式I/O操作，表示Tomcat使用的是传统Java I/O操作(即Java.io包及其子包)。Tomcat7以下版本默认情况下是以bio模式运行的，由于每个请求都要创建一个线程来处理，线程开销较大，不能处理高并发的场景，在三种模式中性能也最低。

启动tomcat看到如下日志，表示使用的是BIO模式：

2.NIO模式

是java SE 1.4及后续版本提供的一种新的I/O操作方式(即java.nio包及其子包)。是一个基于缓冲区、并能提供非阻塞I/O操作的Java API，它拥有比传统I/O操作(bio)更好的并发运行性能。在tomcat 8之前要让Tomcat以nio模式来运行比较简单，只需要在Tomcat安装目录/conf/server.xml文件中将如下配置：

<Connector port="8080" protocol="HTTP/1.1"connectionTimeout="20000"redirectPort="8443" />

修改成

<Connector port="8080" protocol="org.apache.coyote.http11.Http11NioProtocol"connectionTimeout="20000"redirectPort="8443" />

Tomcat8以上版本，默认使用的就是NIO模式，不需要额外修改 

3.apr模式

简单理解，就是从操作系统级别解决异步IO问题，大幅度的提高服务器的处理和响应性能， 也是Tomcat运行高并发应用的首选模式。 启用这种模式稍微麻烦一些，需要安装一些依赖库，下面以在CentOS7 mini版环境下Tomcat-8.0.35为例，介绍安装步聚：

APR 1.2+ development headers (libapr1-dev package)OpenSSL 0.9.7+ development headers (libssl-dev package)JNI headers from Java compatible JDK 1.4+GNU development environment (gcc, make)

4 容器整体架构源码分析

1.server.xml详解 

xml代码：

<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?>   <!-- Server即Catalina servlet组件，它是server.xml的最外层元素 -->  <!-- 常用属性：-->  <!-- Address：Tomcat监听shutdown命令的地址，默认为localhost -->  <!-- className：指定实现org.apache.catalina.Server接口的类，默认值为org.apache.catalina.core.StandardServer-->  <!-- port:Tomcat监听shutdown命令的端口。设置为-1，则禁止通过端口关闭Tomcat，同时shutdown.bat也不能使用-->  <!-- shutdown：通过指定的地址（Address）、端口（port）关闭Tomcat所需的字符串。修改shutdown的值，对shutdown.bat无影响-->   <Server port="8005" shutdown="SHUTDOWN">    <!-- Listener即监听器，负责监听特定的事件，当特定事件触发时，Listener会捕捉到该事件，并做出相应处理。Listener通常用在Tomcat的启动和关闭过程。Listener可嵌在Server、Engine、Host、Context内-->   <Listener className="org.apache.catalina.startup.VersionLoggerListener"/>  <!-- 安全监听器. 先关资料在 /docs/config/listeners.html -->  <Listener className="org.apache.catalina.security.SecurityListener" />   <!--APR库装入器. 先关资料在 /docs/apr.html -->  <Listener SSLEngine="on" className="org.apache.catalina.core.AprLifecycleListener"/>  <!--初始化Jasper在webapps之前加载. 先关资料在 /docs/jasper-howto.html -->  <Listener className="org.apache.catalina.core.JasperListener"/>  <!-- 防止内存泄露-->  <Listener className="org.apache.catalina.core.JreMemoryLeakPreventionListener"/>  <!-- 全局资源监视-->  <Listener className="org.apache.catalina.mbeans.GlobalResourcesLifecycleListener"/>  <!-- 避免本地线程有关的内存泄露-->  <Listener className="org.apache.catalina.core.ThreadLocalLeakPreventionListener"/>    <!-- 用于配置JNDI -->  <GlobalNamingResources>  <!-- Editable user database that can also be used by  UserDatabaseRealm to authenticate users  -->  <Resource auth="Container" description="User database that can be updated and saved" factory="org.apache.catalina.users.MemoryUserDatabaseFactory" name="UserDatabase" pathname="conf/tomcat-users.xml" type="org.apache.catalina.UserDatabase"/>  </GlobalNamingResources>    <!-- Service包装Executor、Connector、Engine，以组成一个完整的服务 -->  <!-- 常用属性：-->  <!-- className：指定实现org.apache.catalina.Service接口的类，默认值为 org.apache.catalina.core.StandardService-->  <!-- name：Service的名字 -->  <Service name="Catalina">    <!-- Executor即Service提供的线程池，供Service内各组件使用 -->  <!-- 常用属性：-->  <!-- className：指定实现org.apache.catalina.Executor接口的类，默认值为：org.apache.catalina.core. StandardThreadExecutor-->  <!-- name：线程池的名字-->  <!-- daemon：是否为守护线程，默认值为true-->  <!-- maxIdleTime：总线程数高于minSpareThreads时，空闲线程的存活时间（单位：ms），默认值为60000，即1min-->  <!-- maxQueueSize：任务队列上限，默认值为Integer.MAX_VALUE(（2147483647），超过此值，将拒绝-->  <!-- maxThreads：线程池内线程数上限，默认值为200-->  <!-- minSpareThreads：线程池内线程数下限，默认值为25-->  <!-- namePrefix：线程名字的前缀。线程名字通常为namePrefix+ threadNumber-->  <!-- prestartminSpareThreads：是否在Executor启动时，就生成minSpareThreads个线程。默认为false-->  <!-- threadPriority：Executor内线程的优先级，默认值为5（Thread.NORM_PRIORITY）-->  <!-- threadRenewalDelay－重建线程的时间间隔。重建线程池内的线程时，为了避免线程同时重建，每隔threadRenewalDelay（单位：ms）重建一个线程。默认值为1000，设置为负则不重建-->  <Executor name="tomcatThreadPool" namePrefix="catalina-exec-"  maxThreads="150" minSpareThreads="4"/>    <!-- Connector是Tomcat接收请求的入口，每个Connector有自己专属的监听端口 -->  <!-- Connector有两种：HTTP Connector和AJP Connector -->  <!-- 常用属性：-->  <!-- port：Connector接收请求的端口-->  <!-- protocol：Connector使用的协议（HTTP/1.1或AJP/1.3）-->  <!-- connectionTimeout：每个请求的最长连接时间（单位：ms）-->  <!-- redirectPort：处理http请求时，收到一个SSL传输请求，该SSL传输请求将转移到此端口处理-->  <!-- executor：指定线程池-->  <!-- 如果没设置executor，可在Connector标签内设置maxThreads（默认200）、minSpareThreads（默认10）--> <!--acceptCount:Connector请求队列的上限。默认为100。当该Connector的请求队列超过acceptCount时，将拒绝接收请求-->  <Connector connectionTimeout="20000" port="8080" protocol="HTTP/1.1" redirectPort="8443"/>  <Connector port="8009" protocol="AJP/1.3" redirectPort="8443"/>    <!-- Engine负责处理Service内的所有请求。它接收来自Connector的请求，并决定传给哪个Host来处理，Host处理完请求后，将结果返回给Engine，Engine再将结果返回给Connector -->  <!-- 常用属性：-->  <!-- name：Engine的名字-->  <!-- defaultHost：指定默认Host。Engine接收来自Connector的请求，然后将请求传递给defaultHost，defaultHost 负责处理请求-->  <!-- className：指定实现org.apache.catalina. Engine接口的类，默认值为org.apache.catalina.core. StandardEngine -->  <!-- backgroundProcessorDelay：Engine及其部分子组件（Host、Context）调用backgroundProcessor方法的时间间隔。backgroundProcessorDelay为负，将不调用backgroundProcessor。backgroundProcessorDelay的默认值为10-->  <!-- 注：Tomcat启动后，Engine、Host、Context会启动一个后台线程，定期调用backgroundProcessor方法。backgroundProcessor方法主要用于重新加载Web应用程序的类文件和资源、扫描Session过期-->  <!-- jvmRoute：Tomcat集群节点的id。部署Tomcat集群时会用到该属性，-->  <Engine defaultHost="localhost" name="Catalina">    <!-- Tomcat集群配置 -->  <Cluster className="org.apache.catalina.ha.tcp.SimpleTcpCluster"/>    <!-- Realm可以理解为包含用户、密码、角色的”数据库”。Tomcat定义了多种Realm实现：JDBC Database Realm、DataSource Database Realm、JNDI Directory Realm、UserDatabase Realm等-->  <Realm className="org.apache.catalina.realm.LockOutRealm">  <Realm className="org.apache.catalina.realm.UserDatabaseRealm" resourceName="UserDatabase"/>  </Realm>    <!-- Host负责管理一个或多个Web项目，对应到域名-->  <!-- 常用属性：-->  <!-- name：Host的名字-->  <!-- appBase：存放Web项目的目录（绝对路径、相对路径均可）-->  <!-- unpackWARs：当appBase下有WAR格式的项目时，是否将其解压（解成目录结构的Web项目）。设成false，则直接从WAR文件运行Web项目-->  <!-- autoDeploy：是否开启自动部署。设为true，Tomcat检测到appBase有新添加的Web项目时，会自动将其部署-->  <!-- startStopThreads：线程池内的线程数量。Tomcat启动时，Host提供一个线程池，用于部署Web项目，startStopThreads为0，并行线程数=系统CPU核数 -->  <Host appBase="webapps" autoDeploy="true" name="localhost" unpackWARs="true">    <!-- Valve可以理解为Tomcat的拦截器，而我们常用filter为项目内的拦截器。Valve可以用于Tomcat的日志、权限等。Valve可嵌在Engine、Host、Context内-->  <Valve className="org.apache.catalina.valves.AccessLogValve" directory="logs" pattern="%h %l %u %t "%r" %s %b" prefix="localhost_access_log." suffix=".txt"/>    <!-- Context代表一个运行在Host上的Web项目。一个Host上可以有多个Context -->  <!-- 常用属性：-->  <!-- path：该Web项目的URL入口-->  <!-- docBase：eb项目的路径，绝对路径、相对路径均可-->  <!-- reloadable:设置为true，Tomcat会自动监控Web项目的/WEB-INF/classes/和/WEB-INF/lib变化，当检测到变化时，会重新部署Web项目。reloadable默认值为false。通常项目开发过程中设为true，项目发布的则设为false-->  <!-- rossContext:设置为true，该Web项目的Session信息可以共享给同一host下的其他Web项目。默认为false-->  <Context docBase="small_bug" path="/small_bug" reloadable="true" /></Host>  </Engine>  </Service> </Server> 

2. 容器的包含关系

3.容器的架构设计

从前有一个接口叫 Lifecycle 它定义了所有容器的生命周期。

之后 LifecycleBase实现了这个接口，LifecycleMBeanBase继承了LifecycleBase。

类图中StandardServer，StandardService，Connector分别对应了server.xml配置文件中的 ， ， 标签。 Tomcat启动时会按照org.apache.catalina.startup.Catalina文件中digester预先设置的顺序与规则依次调用addXxx或setXxx加载并初始化这几个类。

首先Container也实现了Lifecycle接口，ContainerBase继承了LifecycleMBeanBase剩下的关系在图中已经可以看出来了。Tomcat启动时也会按照digester预先设置的顺序与规则依次嵌套加载各个容器类。每当几个容器类被调用addChild()方法时，都间接调用了ContainerBase类的addChild（)方法，最终使用children，parent字段建立容器之间的包含关系。 

今天就分享这么多，关于Tomcat线程模型分析及源码解读，你学会了多少？欢迎在留言区评论，对于有价值的留言，我们都会一一回复的。如果觉得文章对你有一丢丢帮助，请点右下角【在看】，让更多人看到该文章。