SpringBoot 就像一条巨蟒,慢慢缠绕着我们,使我们麻痹。不得不承认,使用了SpringBoot 确实提高了工作效率,但同时也让我们遗忘了很多技能。刚入社会的时候,我还是通过 Tomcat 手动部署 JavaWeb 项目,还经常对 Tomcat 进行性能调优。
除此之外,还需要自己理清楚各 Jar 之间的关系,以避免 Jar 丢失和各版本冲突导致服务启动异常的问题。
到如今,这些繁琐而又重复的工作已经统统交给 SpringBoot 处理,我们可以把更多的精力放在业务逻辑上。但是,清楚 Tomcat 的工作原理和处理请求流程和分析 Spring 框架源码一样的重要。至少面试官特别喜欢问这些底层原理和设计思路。希望这篇文章能给你一些帮助。
Tomcat 整体架构
Tomcat 是一个免费的、开源的、轻量级的 Web 应用服务器。适合在并发量不是很高的中小企业项目中使用。
文件目录结构
以下是 Tomcat 8 主要目录结构
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功能组件结构
Tomcat 的核心功能有两个,分别是负责接收和反馈外部请求的连接器 Connector,和负责处理请求的容器 Container。其中连接器和容器相辅相成,一起构成了基本的 web 服务 Service。每个 Tomcat 服务器可以管理多个 Service。
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Tomcat 连接器核心原理
Tomcat 连接器框架——Coyote
连接器核心功能
一、监听网络端口,接收和响应网络请求。
二、网络字节流处理。将收到的网络字节流转换成 Tomcat Request 再转成标准的 ServletRequest 给容器,同时将容器传来的 ServletResponse 转成 Tomcat Response 再转成网络字节流。
连接器模块设计
为满足连接器的两个核心功能,我们需要一个通讯端点来监听端口;需要一个处理器来处理网络字节流;最后还需要一个适配器将处理后的结果转成容器需要的结构。
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对应的源码包路径 org.apache.coyote
。对应的结构图如下
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Tomcat 容器核心原理
Tomcat 容器框架——Catalina
容器结构分析
每个 Service 会包含一个容器。容器由一个引擎可以管理多个虚拟主机。每个虚拟主机可以管理多个 Web 应用。每个 Web 应用会有多个 Servlet 包装器。Engine、Host、Context 和 Wrapper,四个容器之间属于父子关系。
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对应的源码包路径 org.apache.coyote
。对应的结构图如下
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容器请求处理
容器的请求处理过程就是在 Engine、Host、Context 和 Wrapper 这四个容器之间层层调用,最后在 Servlet 中执行对应的业务逻辑。各容器都会有一个通道 Pipeline,每个通道上都会有一个 Basic Valve(如StandardEngineValve), 类似一个闸门用来处理 Request 和 Response 。其流程图如下。
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Tomcat 请求处理流程
上面的知识点已经零零碎碎地介绍了一个 Tomcat 是如何处理一个请求。简单理解就是连接器的处理流程 + 容器的处理流程 = Tomcat 处理流程。哈!那么问题来了,Tomcat 是如何通过请求路径找到对应的虚拟站点?是如何找到对应的 Servlet 呢?
映射器功能介绍
这里需要引入一个上面没有介绍的组件 Mapper。顾名思义,其作用是提供请求路径的路由映射。根据请求URL地址匹配是由哪个容器来处理。其中每个容器都会它自己对应的Mapper,如 MappedHost。不知道大家有没有回忆起被 Mapper class not found 支配的恐惧。在以前,每写一个完整的功能,都需要在 web.xml 配置映射规则,当文件越来越庞大的时候,各个问题随着也会出现
HTTP请求流程
打开 tomcat/conf 目录下的 server.xml 文件来分析一个http://localhost:8080/docs/api 请求。
第一步:连接器监听的端口是8080。由于请求的端口和监听的端口一致,连接器接受了该请求。
第二步:因为引擎的默认虚拟主机是 localhost,并且虚拟主机的目录是webapps。所以请求找到了 tomcat/webapps 目录。
第三步:解析的 docs 是 web 程序的应用名,也就是 context。此时请求继续从 webapps 目录下找 docs 目录。有的时候我们也会把应用名省略。
第四步:解析的 api 是具体的业务逻辑地址。此时需要从 docs/WEB-INF/web.xml 中找映射关系,最后调用具体的函数。
<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?> <Server port="8005" shutdown="SHUTDOWN"> <Service name="Catalina"> <!-- 连接器监听端口是 8080,默认通讯协议是 HTTP/1.1 --> <Connector port="8080" protocol="HTTP/1.1" connectionTimeout="20000" redirectPort="8443" /> <!-- 名字为 Catalina 的引擎,其默认的虚拟主机是 localhost --> <Engine name="Catalina" defaultHost="localhost"> <!-- 名字为 localhost 的虚拟主机,其目录是 webapps--> <Host name="localhost" appBase="webapps" unpackWARs="true" autoDeploy="true"> </Host> </Engine> </Service> </Server>
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SpringBoot 如何启动内嵌的 Tomcat
SpringBoot 一键启动服务的功能,让有很多刚入社会的朋友都忘记 Tomcat 是啥。随着硬件的性能越来越高,普通中小项目都可以直接用内置 Tomcat 启动。但是有些大一点的项目可能会用到 Tomcat 集群和调优,内置的 Tomcat 就不一定能满足需求了。
我们先从源码中分析 SpringBoot 是如何启动 Tomcat,以下是 SpringBoot 2.x 的代码。
代码从 main 方法开始,执行 run 方法启动项目。
SpringApplication.run
从 run 方法点进去,找到刷新应用上下文的方法。
this.prepareContext(context, environment, listeners, applicationArguments, printedBanner); this.refreshContext(context); this.afterRefresh(context, applicationArguments);
从 refreshContext 方法点进去,找 refresh 方法。并一层层往上找其父类的方法。
this.refresh(context);
在 AbstractApplicationContext 类的 refresh 方法中,有一行调用子容器刷新的逻辑。
this.postProcessBeanFactory(beanFactory); this.invokeBeanFactoryPostProcessors(beanFactory); this.registerBeanPostProcessors(beanFactory); this.initMessageSource(); this.initApplicationEventMulticaster(); this.onRefresh(); this.registerListeners(); this.finishBeanFactoryInitialization(beanFactory); this.finishRefresh();
从 onRefresh 方法点进去,找到 ServletWebServerApplicationContext 的实现方法。在这里终于看到了希望。
protected void onRefresh() { super.onRefresh(); try { this.createWebServer(); } catch (Throwable var2) { throw new ApplicationContextException("Unable to start web server", var2); } }
从 createWebServer 方法点进去,找到从工厂类中获取 WebServer的代码。
if (webServer == null && servletContext == null) { ServletWebServerFactory factory = this.getWebServerFactory(); // 获取 web server this.webServer = factory.getWebServer(new ServletContextInitializer[]{this.getSelfInitializer()}); } else if (servletContext != null) { try { // 启动 web server this.getSelfInitializer().onStartup(servletContext); } catch (ServletException var4) { throw new ApplicationContextException("Cannot initialize servlet context", var4); } }
从 getWebServer 方法点进去,找到 TomcatServletWebServerFactory 的实现方法,与之对应的还有 Jetty 和 Undertow。这里配置了基本的连接器、引擎、虚拟站点等配置。
public WebServer getWebServer(ServletContextInitializer... initializers) { Tomcat tomcat = new Tomcat(); File baseDir = this.baseDirectory != null ? this.baseDirectory : this.createTempDir("tomcat"); tomcat.setBaseDir(baseDir.getAbsolutePath()); Connector connector = new Connector(this.protocol); tomcat.getService().addConnector(connector); this.customizeConnector(connector); tomcat.setConnector(connector); tomcat.getHost().setAutoDeploy(false); this.configureEngine(tomcat.getEngine()); Iterator var5 = this.additionalTomcatConnectors.iterator(); while(var5.hasNext()) { Connector additionalConnector = (Connector)var5.next(); tomcat.getService().addConnector(additionalConnector); } this.prepareContext(tomcat.getHost(), initializers); return this.getTomcatWebServer(tomcat); }
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服务启动后会打印日志
o.s.b.w.embedded.tomcat.TomcatWebServer : Tomcat initialized with port(s): 8900 (http) o.apache.catalina.core.StandardService : Starting service [Tomcat] org.apache.catalina.core.StandardEngine : Starting Servlet Engine: Apache Tomcat/8.5.34 o.a.catalina.core.AprLifecycleListener : The APR based Apache Tomcat Native library which allows optimal ... o.a.c.c.C.[Tomcat].[localhost].[/] : Initializing Spring embedded WebApplicationContext o.s.web.context.ContextLoader : Root WebApplicationContext: initialization completed in 16858 ms
来源:博客园
作者:ITDragon龙