Tomcat概念及原理

Servlet(server applet 服務端小程式)是一種國際組織的協議、約定.
Tomcat只是針對Servlet協議的規範做了封裝，其他這樣的軟體還有jetty等.

Tomcat總體結構

Server –> Service –>
Connector & Container( Engine –> Host –> Context( Wrapper( Servlet ) ) )

Tomcat 的心臟是兩個元件：Connector 和 Container，Connector 元件是可以被替換，這樣可以提供給伺服器設計者更多的選擇，因為這個元件是如此重要，不僅跟伺服器的設計的本身，而且和不同的應用場景也十分相關，所以一個 Container 可以選擇對應多個 Connector。

多個 Connector 和一個 Container 就形成了一個 Service，有了 Service 就可以對外提供服務了，但是 Service 還要一個生存的環境，必須要有人能夠給她生命、掌握其生死大權，那就非 Server 莫屬了。所以整個 Tomcat 的生命週期由 Server 控制。

Server

前面說一對情侶因為 Service 而成為一對夫妻，有了能夠組成一個家庭的基本條件，但是它們還要有個實體的家，這是它們在社會上生存之本，有了家它們就可以安心的為人民服務了，一起為社會創造財富。

Server 要完成的任務很簡單，就是要能夠提供一個介面讓其它程式能夠訪問到這個 Service 集合、同時要維護它所包含的所有 Service 的生命週期，包括如何初始化、如何結束服務、如何找到別人要訪問的 Service。還有其它的一些次要的任務，如您住在這個地方要向當地政府去登記啊、可能還有要配合當地公安機關日常的安全檢查什麼的。

Service

我們將 Tomcat 中 Connector、Container 作為一個整體比作一對情侶的話，Connector 主要負責對外交流，可以比作為 Boy，Container 主要處理 Connector 接受的請求，主要是處理內部事務，可以比作為 Girl。那麼這個 Service 就是連線這對男女的結婚證了。是

Service 將它們連線在一起，共同組成一個家庭。當然要組成一個家庭還要很多其它的元素

說白了，Service 只是在 Connector 和 Container 外面多包一層，把它們組裝在一起，向外面提供服務，一個 Service 可以設定多個 Connector，但是隻能有一個 Container 容器。這個 Service 介面的方法列表如下:

Container

Container是一個介面，定義了下屬的各種容器，尤其是Wrapper、Host、Engine、Context

Engine

負責處理來自相關聯的service的所有請求，處理後，將結果返回給service，而connector是作為service與engine的中間媒介出現的。
一個engine下可以配置一個預設主機，每個虛擬主機都有一個域名。當engine獲得一個請求時，它把該請求匹配到虛擬主機(host)上，然後把請求交給該主機來處理。
Engine有一個預設主機，當請求無法匹配到任何一個虛擬主機時，將交給預設host來處理。Engine以執行緒的方式啟動Host。

Host

代表一個虛擬主機，每個虛擬主機和某個網路域名（Domain Name）相匹配。
每個虛擬主機下都可以部署一個或多個web應用，每個web應用對應於一個context，有一個context path。
當Host獲得一個請求時，將把該請求匹配到某個Context上，然後把該請求交給該Context來處理匹配的方法是“最長匹配”，所以一個path==””的Context將成為該Host的預設Context所有無法和其它Context的路徑名匹配的請求都將最終和該預設Context匹配。

Context

一個Context對應於一個Web應用，一個Web應用由一個或者多個Servlet組成Context在建立的時候將根據配置檔案$ CATALINA_HOME/conf/web.xml和$ WEBAPP_HOME/WEB-INF/web.xml載入Servlet類。當Context獲得請求時，將在自己的對映表(mapping table)中尋找相匹配的Servlet類，如果找到，則執行該類，獲得請求的迴應，並返回。

Wrapper

Wrapper 代表一個 Servlet，它負責管理一個 Servlet，包括的 Servlet 的裝載、初始化、執行以及資源回收。Wrapper 是最底層的容器，它沒有子容器了，所以呼叫它的 addChild 將會報錯。
Wrapper 的實現類是 StandardWrapper，StandardWrapper 還實現了擁有一個 Servlet 初始化資訊的 ServletConfig，由此看出 StandardWrapper 將直接和 Servlet 的各種資訊打交道。

Connector

Connector將在某個指定的埠上來監聽客戶的請求，把從socket傳遞過來的資料，封裝成Request，傳遞給Engine來處理，並從Engine處獲得響應並返回給客戶。

Tomcat通常會用到兩種Connector：

1. Http Connector 在埠8080處偵聽來自客戶browser的http請求。 AJP Connector
2. 在埠8009處偵聽來自其它WebServer(Apache)的servlet/jsp代理請求。

Lifecycle

現實生活中大部分的事物都有生命週期，就像人的生老病死一樣。

在程式設計中也有很多物件是具有生命週期的，從初始化、執行、回收等 會經歷幾個不同的階段。 在tomcat中容器相關的好多組建都實現了Lifecycle介面，當tomcat啟動時，其依賴的下層元件會全部進行初始化。 並且可以對每個元件生命週期中的事件新增監聽器。

例如當伺服器啟動的時候，tomcat需要去呼叫servlet的init方法和初始化容器等一系列操作，而停止的時候，也需要呼叫servlet的destory方法。而這些都是通過org.apache.catalina.Lifecycle介面來實現的。由這個類來制定各個元件生命週期的規範。

下圖是生命週期的所有狀態

LifecycleListener

在Lifecycle的介紹中提到，Lifecycle會對每個元件生命週期中的事件新增監聽器，也就是addLifecycleListener(LifecycleListener listener)方法，而LifecycleListener就是上面提到的監聽器。

LifecycleEvent

顧名思義，就是當有監聽事件發生的時候，LifecycleEvent會儲存時間型別和資料

/**
* Construct a new LifecycleEvent with the specified      parameters.
*
* @param lifecycle Component on which this event occurred
* @param type Event type (required)
* @param data Event data (if any)
*/
public LifecycleEvent(Lifecycle lifecycle, String type, Object data) {
   super(lifecycle);
   this.type = type;
   this.data = data;
}

Tomcat啟動過程

以嵌入式的tomcat-embed-core:8.5.6為例，以程式設計的方式啟動tomcat，可以看到呼叫了server.start()

Tomcat的start()方法

/**
 * Start the server.
 *
 * @throws LifecycleException Start error
 */
public void start() throws LifecycleException {
    getServer();
    getConnector();
    server.start();
}

server的預設實現是StandardServer, start()方法在其父類LifecycleBase中

宣告：除了StandardServer, 這個類也是StandardService, StandardEngine, StandardHost, StandardContext的父類，所以當呼叫這些類的start()方法時其實都是呼叫此處的start()方法，而最重要的是在start()方法中會呼叫startInternal()，startInternal()在LifecycleBase中是抽象方法，具體實現由各實現類去做，在此後不再贅述。

啟動server

啟動server其實就是啟動service容器

啟動service

啟動service其實就是啟動engine容器和connector容器

啟動Engine

啟動engine其實就是啟動host容器(多執行緒)

啟動Host

啟動Host的方式和上圖一樣，都是以執行緒的方式啟動子Container，這裡Host的children為Context

啟動Context

啟動Wrapper

下面看一下非常重要的一個方法 loadServlet:

它基本上描述了對 Servlet 的操作，當裝載了 Servlet 後就會呼叫 Servlet 的 init 方法，同時會傳一個 StandardWrapperFacade 物件給 Servlet，這個物件包裝了 StandardWrapper，ServletConfig 與它們的關係圖如下：

啟動Connector

Tomcat的Connector是Coyote connector的一種實現，這是tomcat的官方解釋：The Coyote HTTP/1.1 Connector element represents a Connector component that supports the HTTP/1.1 protocol. It enables Catalina to function as a stand-alone web server, in addition to its ability to execute servlets and JSP pages.
Tomcat8之後預設使用nio作為接受請求策略，預設在Service啟動的時候進行初始化，當然也可以單獨啟動，在預設的建構函式中會初始化ProtocolHandler

tomcat中支援兩種協議的聯結器：HTTP/1.1與AJP/1.3

HTTP/1.1協議負責建立HTTP連線，web應用通過瀏覽器訪問tomcat伺服器用的就是這個聯結器，預設監聽的是8080埠；

AJP/1.3協議負責和其他HTTP伺服器建立連線，監聽的是8009埠，比如tomcat和apache或者iis整合時需要用到這個聯結器。

Connector的啟動其實就是ProtocolHandler的啟動，如下圖：

ProtocolHandler的類結構如下圖：

Connector的startInternal方法呼叫了ProtocolHandle的start方法，這個start方法就在AbstractProtocol中，如下圖：

經歷了這麼多，終於快到終點了，這時候又出來了一個EndPoint，不過不要急，這個EndPoint已經算是終點了，EndPoint是咱們Tomcat啟動的Socket管理者(注意：通過類圖可以看出AbstractEndpoint已經脫離了Lifecycle和LifecycleListener體系，所以它只是一個簡簡單單的Socket管理者)，因為是由他直接啟動預設的Nio，在啟動的時候先看看類結構圖：

再看一下EndPoint能做什麼，看方法就知道了

createAcceptor、createExecutor等方法都是在初始化EndPoint很重要方法，因為在接收請求的時候，通過Acceptor的接收，經過重重模組，才能一路到達最後的Servlet，這個在後面會有講到。

那麼EndPoint最後的啟動，看下圖：

在這個地方會啟動很多的執行緒，第一次讀這段程式碼的同學可能會有點亂，因為有想過啟動執行緒，現在還有些不知道是為什麼啟動，這就是tomcat的有意思之處了，因為下一篇我會說到tomcat接收請求的流程，所以在下一篇文章我會詳細講解。

好了，大家，tomcat 的啟動流程大概就是這樣，當然這裡面還有一些更細節的知識，此文章適合第一次想要了解Tomcat的同學，當然以後我也會一直完善這篇文章，有看到有意思的部分我也會補充的。