早期Web容器早期的 Web 應(yīng)用主要用于瀏覽新聞等靜態(tài)頁(yè)面，HTTP 服務(wù)器(比如 Apache、Nginx)向?yàn)g覽器返回靜態(tài) HTML，瀏覽器負(fù)責(zé)解析 HTML，將結(jié)果呈現(xiàn)給用戶。

Servlet規(guī)范

隨著互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展，往往更多的是需要?jiǎng)討B(tài)的交互。所以 Sun 公司推出了 Servlet 技術(shù)：servlet 規(guī)范!目前最新是 Servlet 4.0 ，它支持 HTTP2.0!

符合 Servlet 規(guī)范的 Web 流程：由 Servlet 容器來(lái)創(chuàng)建和管理 Servlet，客戶端的請(qǐng)求 會(huì)被封裝成 ServletRequest 和 ServletResponse，其本質(zhì)上就是對(duì)通信協(xié)議的封裝。

Tomcat簡(jiǎn)介

Tomcat 就是一個(gè) Servlet 容器，實(shí)現(xiàn)了對(duì) Servlet 和 JavaServer Page(JSP)的支持。同時(shí)，它還具有 HTTP 服務(wù)器的功能。所以，「Tomcat = HTTP服務(wù)器 + Servlet容器」，一般我們給這種組件稱為：「輕量級(jí)web容器」!

Tomcat架構(gòu)

Tomcat-Server

• 「Server」：一個(gè) Server 就是一個(gè) Tomcat 實(shí)例，下載 Tomcat 壓縮包，執(zhí)行 /bin/startup.sh，就可以啟動(dòng)一個(gè) Tomcat 實(shí)例。
• 「Service」：一個(gè)對(duì)外服務(wù)的整體，它包括多個(gè) Connector 和一個(gè) Engine。同時(shí)，一個(gè) Server 可以配置多個(gè) Service。實(shí)際上 Service 只是將組件組合到一起，本身并沒(méi)有實(shí)現(xiàn)什么功能。

Tomcat-連接器

連接器，啟動(dòng) ServerSocket，負(fù)責(zé)監(jiān)聽(tīng) Socket 請(qǐng)求，將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成 Tomcat Request，交給 Engine 處理。一個(gè) Service 可以有多個(gè) Connector，表示它可以監(jiān)聽(tīng)多個(gè)端口。

Tomcat-容器

即 Servlet 容器，它是 Tomcat 容器的最頂層組件，它會(huì)管理多個(gè)虛擬主機(jī) Host，一個(gè) Service 只能有一個(gè) Engine，但是一個(gè) Engine 可以配置多個(gè) Host。Tomcat 的 Servlet 容器是具有明顯的分層架構(gòu)的。

• 「Host」：虛擬主機(jī)，默認(rèn)為 localhost，也就是 127.0.0.1。也可以配置不同的 IP 地址，訪問(wèn)不同的 IP 地址就可以訪問(wèn)到不同的虛擬主機(jī)。一個(gè) Host 可以部署多個(gè) Context。
• 「Context」：應(yīng)用程序，一般會(huì)把我們實(shí)現(xiàn)的 Servlet 應(yīng)用打包成 war，放到 Tomcat 的 webapps 目錄下，Tomcat 會(huì)將其解壓并部署映射成一個(gè) Context 組件，表示一個(gè)應(yīng)用上下文。一個(gè) Context 可以管理多個(gè) Wrapper，畢竟一個(gè) web 應(yīng)用肯定有多個(gè) Servlet。
• 「Wrapper」：這個(gè)組件 Tomcat 配置文件并沒(méi)有，因?yàn)樗窃?web.xml 配置，它就是 Servlet。確切地說(shuō)，是 Tomcat 用 Wrapper 包裹了我們自己實(shí)現(xiàn)的 Servlet。一個(gè)請(qǐng)求最終就會(huì)到 Wrapper 來(lái)執(zhí)行。

Tomcat生命周期管理

「Tomcat 設(shè)計(jì)眾多組件來(lái)保證高內(nèi)聚低耦合，保證可擴(kuò)展性」。但是，組件數(shù)量多也會(huì)帶來(lái)其它問(wèn)題，比如組件的管理，在啟動(dòng)、關(guān)閉和銷毀需要涉及多個(gè)組件的操作。Tomcat 設(shè)計(jì)了 LifeCycle 接口，它定義生命周期鉤子函數(shù)：init()、start()、stop() 和 destroy()，組件都實(shí)現(xiàn)這個(gè)接口，定義自己的處理邏輯。并且，上層組件在觸發(fā)自己生命周期鉤子函數(shù)的同時(shí)，會(huì)觸發(fā)它管理的下層組件的鉤子函數(shù)。其實(shí)國(guó)外設(shè)計(jì)框架很喜歡設(shè)計(jì)這個(gè) LifeCycle 接口，新版 Apache Dubbo 也加入了這一特性。

Tomcat 在實(shí)現(xiàn)組件生命周期管理，充分利用了「組合模式、觀察者模式和模板模式」。

• 「組合模式」：Tomcat 通過(guò)組合模式，用上層組件來(lái)管理它下一級(jí)組件，每個(gè)組件都是這樣的管理方式。這樣暴露給用戶的是，只需要對(duì)一個(gè)組件進(jìn)行訪問(wèn)，則可以達(dá)到一個(gè)完整系統(tǒng)調(diào)用的一致性效果。以 Tomcat 最頂級(jí)的組件 Server 來(lái)看，它的 init() 方法：
• 「觀察者模式」：Tomcat 考慮自身的可擴(kuò)展性，避免版本升級(jí)就得修改生命周期鉤子函數(shù)，它引入了監(jiān)聽(tīng)器 LifecycleListener 和 LifecycleState。它設(shè)計(jì)了一套貫穿組件生命周期全過(guò)程的狀態(tài)集合，例如：當(dāng)組件剛創(chuàng)建則處于 NEW 狀態(tài)，調(diào)用了 init() 方法處于 INITIALIZED 狀態(tài)...在調(diào)用生命周期方法的前后，會(huì)改變組件的狀態(tài)，而狀態(tài)的改變會(huì)被封裝成為一個(gè)個(gè)事件 LifecycleEvent，由監(jiān)聽(tīng)器來(lái)處理這些事件。
• 「模板模式」：主要體現(xiàn)了代碼實(shí)現(xiàn)上，實(shí)際上狀態(tài)的轉(zhuǎn)變、事件的創(chuàng)建以及監(jiān)聽(tīng)器的回調(diào)，這些操作其實(shí)沒(méi)有必要在每個(gè)組件中自己實(shí)現(xiàn)，這會(huì)造成重復(fù)代碼。Tomcat 在實(shí)現(xiàn)這個(gè)功能的時(shí)候，把這些通用邏輯抽象了出來(lái)，定義為一個(gè) LifecycleBase 抽象類，它會(huì)定義骨架方法，比如 init() 方法。

Tomcat連接器

Tomcat 連接器，用來(lái)監(jiān)聽(tīng) Socket 連接，將 TCP 底層的字節(jié)流數(shù)據(jù)，轉(zhuǎn)換為 Request 和 Response;連接器主要有3個(gè)組件：「EndPoint、Processor、Adapter」。

• ?「Endpoint」 負(fù)責(zé)提供字節(jié)流給 Processor。
• 「Processor」 負(fù)責(zé)提供 Tomcat Request 對(duì)象給 Adapter。
• 「Adapter」 負(fù)責(zé)轉(zhuǎn)換 ServletRequest 對(duì)象給容器。

其中，Tomcat 將 EndPoint 和 Processor 組合到一起，組成了 ProtocolHandler，這其實(shí)就是一種組合設(shè)計(jì)模式的使用。

Tomcat連接器-NioEndpoint

「Tomcat 使用 NioEndPoint 基于 java 的 nio 包實(shí)現(xiàn)了 I/O 多路復(fù)用模型」，主要包含了 LimitLatch、Acceptor、Poller、SocketProcessor 和 Executor 共 5 個(gè)組件。它的工作過(guò)程如下：

1. 「LimitLatch」：負(fù)責(zé)控制最大連接數(shù)，NIO 模式下默認(rèn)是 10000，達(dá)到這個(gè)閾值后，連接請(qǐng)求被拒絕。它是基于 AQS 實(shí)現(xiàn)，原理就跟 Lock 一樣。
2. 「Acceptor」：獨(dú)立線程，不斷調(diào)用 ServerSocketChannel 的 accept() 方法來(lái)接收新連接，一旦有新的連接請(qǐng)求到來(lái)，返回 SocketChannel 對(duì)象，然后將其封裝在一個(gè) PollerEvent 對(duì)象中，并將 PollerEvent 對(duì)象壓入 Poller 的 Queue 里(「典型的生產(chǎn)者 - 消費(fèi)者模式」)。
3. 「Poller」：獨(dú)立運(yùn)行在一個(gè)線程里，底層就是一個(gè) Selector，每個(gè) Poller 線程可能同時(shí)被多個(gè) Acceptor 線程調(diào)用來(lái)注冊(cè) PollerEvent。Poller 不斷的通過(guò)內(nèi)部的 Selector 對(duì)象向內(nèi)核查詢 Channel 的狀態(tài)，一旦可讀就生成任務(wù)類 SocketProcessor 交給 Executor 去處理。
4. 「SocketProcessor」：實(shí)現(xiàn)了 Runable 接口，主要是調(diào)用 Http11Processor 來(lái)處理請(qǐng)求。Tomcat 會(huì)將 Socket 包裝成一個(gè) SocketWrapper，Http11Processor 會(huì)調(diào)用 SocketWrapper 來(lái)讀寫(xiě)數(shù)據(jù)。
5. 「Executor」：自定義的線程池，負(fù)責(zé)運(yùn)行 SocketProcessor ，會(huì)調(diào)用 Http11Processor 來(lái)讀取和解析請(qǐng)求數(shù)據(jù)。Http11Processor 是應(yīng)用層協(xié)議的封裝，它會(huì)調(diào)用容器獲得響應(yīng)，再把響應(yīng)通過(guò) Channel 寫(xiě)出。

Tomcat連接器-Nio2Endpoint

Tomcat 還支持了異步 I/O，基于 Java AIO 實(shí)現(xiàn) - Nio2Endpoint 的組件跟 NioEndpoint 類似，但是 Nio2Endpoint 中沒(méi)有 Poller 組件，也就是沒(méi)有 Selector。這是因?yàn)樵诋惒?I/O 模式下，Selector 的工作交給內(nèi)核來(lái)做了。

• 「LimitLatch」：跟 NioEndPoint 一樣，連接控制器，它負(fù)責(zé)控制最大連接數(shù)。
• 「Nio2Acceptor」：擴(kuò)展了 Acceptor，自己就是處理連接的回調(diào)類，用異步 I/O 的方式來(lái)接收新連接后，得到一個(gè) AsynchronousSocketChannel，它會(huì)將其封裝成一個(gè) Nio2SocketWrapper，并創(chuàng)建一個(gè)SocketProcessor 任務(wù)類交給線程池處理。
• 「Nio2SocketWrapper」：實(shí)際讀取 Channel 內(nèi)的數(shù)據(jù)，并提供接口給 Http11Processor 讀寫(xiě)。但是由于異步 I/O 的性質(zhì)，Http11Processor 讀取 Nio2SocketWrapper 時(shí)很有可能內(nèi)核還沒(méi)有將數(shù)據(jù)準(zhǔn)備好，為了解決這個(gè)問(wèn)題，Http11Processor 采用了2次 read 調(diào)用：通過(guò)注冊(cè)回調(diào)類 readCompletionHandler。

最后

其實(shí) Tomcat 的實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)很多，沒(méi)辦法一一重現(xiàn)，大部分情況下需要自己去對(duì)著源碼跑一遍，像很多實(shí)際運(yùn)用：

• ContainerBackgroundProcessor，實(shí)現(xiàn)熱更新機(jī)制：熱加載和熱部署。
• 對(duì)象池技術(shù)，典型的以空間換時(shí)間的思路，通過(guò) SynchronizedStack 減少 SocketWrapper 和SocketProcessor 的創(chuàng)建和銷毀。
• Servlet 3.0 中引入的異步 Servlet，Tomcat 對(duì)其做了支持，它的思想是：讓業(yè)務(wù)線程和 Tomcat I/O 線程分離開(kāi)，將復(fù)雜耗時(shí)的業(yè)務(wù)計(jì)算移到業(yè)務(wù)線程池中進(jìn)行，釋放 Tomcat的I/O 線程，以便可以及時(shí)響應(yīng)其它請(qǐng)求。
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