Tomcat基本原理

Posted 2021-03-21 FLGB

思考 ：怎样让Tomcat具备Web服务的功能呢？

 

 

 

 

在服务端用HTTP来监听，协议不好写，不妨用Java封装好的Socket作为监听。

class MyTomcat{ 
    ServerSocket server=new ServerSocket(8080); 
    // 等待客户端的连接请求 Socket socket=server.accept();
 }

　　

1.2.3 Servlet容器

思考 ：怎样让Tomcat具有Servlet容器的功能呢？说白了就是能够装一个个的Servlet。

Servlet是啥？ 

public interface Servlet {
    void init(ServletConfig config) throws ServletException;

    ServletConfig getServletConfig();

    void service(ServletRequest req, ServletResponse res）throws ServletException, IOException;

    String getServletInfo();

    void destroy();
}

class LoginServlet extends HttpServlet {
    doGet(request,response){} doPost(request,response){} 
}

<servlet>
    <servlet-name>LoginServlet</servlet-name>
    <servlet-class>com.gupao.web.servlet.LoginServlet</servlet-class>
</servlet>
<servlet-mapping>
    <servlet-name>LoginServlet</servlet-name>
    <url-pattern>/login</url-pattern>
</servlet-mapping>

1.2.4 优化MyTomcat 

class MyTomcat{
    List list=new ArrayList();
    ServerSocket server=new ServerSocket(8080);
    Socket socket=server.accept();
    // 把请求和响应都封装在业务代码中的servlet
    // 只要把业务代码中一个个servlets添加到tomcat中即可
    list.add(servlets); 
}

1.2.5 画个图

 

 

1.2.6 获得的信息

（1）tomcat需要支持servlet规范

tomcat/lib/servlet-api.jar

（2）web容器

希望tomcat源码中也有new ServerSocket(8080)的代码，一会儿验证

（3）servlet容器

希望tomcat源码中也有list.add(servlets)的代码，一会儿验证

 

02 产品和源码

2.1 Version choose

Tomcat版本：Tomcat8.0.11
各个版本下载地址 ：https://archive.apache.org/dist/tomcat

 

 

2.2 产品目录文件含义

（1）bin：主要用来存放命令，.bat是windows下，.sh是Linux下

（2）conf：主要用来存放tomcat的一些配置文件

（3）lib：存放tomcat依赖的一些jar包

（4）logs：存放tomcat在运行时产生的日志文件

（5）temp：存放运行时产生的临时文件

（6）webapps：存放应用程序

（7）work：存放tomcat运行时编译后的文件，比如JSP编译后的文件

2.3 源码导入与调试

(1)根据上面的链接下载对应的tomcat源码

(2)创建pom.xml文件 

<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?>
<project xmlns="http://maven.apache.org/POM/4.0.0" xmlns:xsi="http://www.w3.org/2001/XMLSchema-instance"
    xsi:schemaLocation="http://maven.apache.org/POM/4.0.0 http://maven.apache.org/xsd/maven-4.0.0.xsd">
    <modelVersion>4.0.0</modelVersion>
    <groupId>org.apache.tomcat</groupId>
    <artifactId>Tomcat8.0</artifactId>
    <name>Tomcat8.0</name>
    <version>8.0</version>
    <build>
        <finalName>Tomcat8.0</finalName>
        <sourceDirectory>java</sourceDirectory>
        <testSourceDirectory>test</testSourceDirectory>
        <resources>
            <resource>
                <directory>java</directory>
            </resource>
        </resources>
        <testResources>
            <testResource>
                <directory>test</directory>
            </testResource>
        </testResources>
        <plugins>
            <plugin>
                <groupId>org.apache.maven.plugins</groupId>
                <artifactId>maven-compiler-plugin</artifactId>
                <version>2.3</version>
                <configuration>
                    <encoding>UTF-8</encoding>
                    <source>1.8</source>
                    <target>1.8</target>
                </configuration>
            </plugin>
        </plugins>
    </build>
    <dependencies>
        <dependency>
            <groupId>junit</groupId>
            <artifactId>junit</artifactId>
            <version>4.12</version>
            <scope>test</scope>
        </dependency>
        <dependency>
            <groupId>org.easymock</groupId>
            <artifactId>easymock</artifactId>
            <version>3.4</version>
        </dependency>
        <dependency>
            <groupId>ant</groupId>
            <artifactId>ant</artifactId>
            <version>1.7.0</version>
        </dependency>
        <dependency>
            <groupId>wsdl4j</groupId>
            <artifactId>wsdl4j</artifactId>
            <version>1.6.2</version>
        </dependency>
        <dependency>
            <groupId>javax.xml</groupId>
            <artifactId>jaxrpc</artifactId>
            <version>1.1</version>
        </dependency>
        <dependency>
            <groupId>org.eclipse.jdt.core.compiler</groupId>
            <artifactId>ecj</artifactId>
            <version>4.5.1</version>
        </dependency>
    </dependencies>
</project>

(3)将源码导入到idea中

(4)创建Application，名称为gp-tomcat，并且填写相关信息

name:gp-tomcat Main class:org.apache.catalina.startup.Bootstrap
VM options:-Dcatalina.home="apache-tomcat-8.0.11

 

 

(5)在当前源码目录创建apache-tomcat-8.0.11文件夹，并且将一些文件拷贝到该目录下

比如bin conf lib logs temp webapps work

(6)启动，发现报错，找不到CookieFilter，直接删除

(7)打开浏览器访问:localhost:8080

 

03 验证上述猜想

（1）web容器 （2）servlet容器

3.1 Web容器

Connector.initInternal()->

protocolHandler.init()->

AbstractProtocol.init()->

endpoint.init()->

bind()->

Apr,JIo,NIO,NIO2-> 

JIo即Socket实现方式

 

3.2 Servlet容器

web项目--->Context标签--->Context.class--->StandardContext--->loadOnStartup()

证明Wrapper就是Servlet ：

加载：ContextConfifig.webConfifig()—>getContextWebXmlSource()—>Constants.ApplicationWebXml

解析：ContextConfifig.webConfifig()—>confifigureContext(webXml)—>context.createWrapper()

 

3.3. 进一步思考

既然Context表示标签能够表示Web项目，那按照server.xml文件来看的话，不就能够把tomcat架构图画出来

了吗？或者按照之前的简略版推导出来。

Context，Host，Engine，Service等

 

 

为什么知道找Connector?

再次回到conf/web.xml文件，发现有一个Connector标签，而且还可以配置port端口，我们能够联想到监听端口，

按照配置文件到源码类的经验，源码中一定会有这样一个Connector类用于端口的监听。

conclusion ：架构图<--->server.xml<--->源码 三者有一一对应的关系

 

04 Tomcat架构设计
4.1 各个组件含义
官网 ：https://tomcat.apache.org/tomcat-8.0-doc/architecture/overview.html

 

4.2 两个核心组件

Connector：主要负责处理Socket连接，以及Request与Response的转化

Container：包括Engine、Host、Context和Wrapper，主要负责内部的处理以及Servlet的管理 

 

4.2.1 Connector

设计思想 ：高内聚、低耦合

EndPoint：提供字节流给Processor

Processor：提供Tomcat Request对象给Adapter

Adapter：提供ServletRequest给容器

 

 

4.2.1.1 EndPoint

监听通信端口，是对传输层的抽象，用来实现 TCP/IP 协议的。

对应的抽象类为AbstractEndPoint，有很多实现类，比如NioEndPoint，JIoEndPoint等。在其中有两个组件，一个

是Acceptor，另外一个是SocketProcessor。

Acceptor用于监听Socket连接请求，SocketProcessor用于处理接收到的Socket请求。

4.2.1.2 Processor

Processor是用于实现HTTP协议的，也就是说Processor是针对应用层协议的抽象。

Processor接受来自EndPoint的Socket，然后解析成Tomcat Request和Tomcat Response对象，最后通过Adapter

提交给容器。

对应的抽象类为AbstractProcessor，有很多实现类，比如AjpProcessor、Http11Processor等。

4.2.1.3 Adpater

ProtocolHandler接口负责解析请求并生成 Tomcat Request 类。

需要把这个 Request 对象转换成 ServletRequest。

Tomcat 引入CoyoteAdapter，这是适配器模式的经典运用，连接器调用 CoyoteAdapter 的 sevice 方法，传入的是

Tomcat Request 对象，CoyoteAdapter 负责将 Tomcat Request 转成 ServletRequest，再调用容器的 service 方

法。

4.2.1.4 优化图解 

Endpoint接收Socket连接，生成一个SocketProcessor任务提交到线程池去处理
SocketProcessor的run方法会调用Processor组件去解析应用层协议，
Processor通过解析生成Request对象后，会调 用Adapter的service方法。

 

 

4.2.2 Container

通过Connector之后，我们已经能够获得对应的Servlet

 

4.3 Request Process Flow
官网 ：https://tomcat.apache.org/tomcat-8.0-doc/architecture/requestProcess/request-process.png

 

05 思维扩展

5.1 自定义类加载器

WebAppClassLoader，打破了双亲委派模型：先自己尝试去加载这个类，找不到再委托给父类加载器。

通过复写findClass和loadClass实现。

5.2 Session管理

Context中的Manager对象，查看Manager中的方法，可以发现有跟Session相关的。

Session 的核心原理是通过 Filter 拦截 Servlet 请求，将标准的 ServletRequest 包装一下，换成 Spring 的

Request 对象，这样当我们调用 Request 对象的 getSession 方法时，Spring 在背后为我们创建和管理

Session。 

 

06 Tomcat源码解读

6.1 BootStrap

BootStrap是Tomcat的入口类

bootstrap.init() 和 创建Catalina 

6.2 Catalina

解析server.xml文件

创建Server组件，并且调用其init和start方法

6.3 Lifecycle

用于管理各个组件的生命周期

init、start、stop、destroy

LifecycleBase实现了Lifecycle，利用的是模板设计模式

6.4 Server

管理Service组件，并且调用其init和start方法

6.5 Service

管理连接器和Engine