SpringBoot 就像一條巨蟒，慢慢纏繞著我們，使我們麻痹。不得不承認，使用了 SpringBoot 確實提高了工作效率，但同時也讓我們遺忘了很多技能。剛?cè)肷鐣臅r候，我還是通過 Tomcat 手動部署 JavaWeb 項目，還經(jīng)常對 Tomcat 進行性能調(diào)優(yōu)。除此之外，還需要自己理清楚各 Jar 之間的關(guān)系，以避免 Jar 丟失和各版本沖突導致服務(wù)啟動異常的問題。到如今，這些繁瑣而又重復的工作已經(jīng)統(tǒng)統(tǒng)交給 SpringBoot 處理，我們可以把更多的精力放在業(yè)務(wù)邏輯上。但是，清楚 Tomcat 的工作原理和處理請求流程和分析 Spring 框架源碼一樣的重要。至少面試官特別喜歡問這些底層原理和設(shè)計思路。希望這篇文章能給你一些幫助。

Tomcat 整體架構(gòu)

Tomcat 是一個免費的、開源的、輕量級的 Web 應(yīng)用服務(wù)器。適合在并發(fā)量不是很高的中小企業(yè)項目中使用。

文件目錄結(jié)構(gòu)

以下是 Tomcat 8 主要目錄結(jié)構(gòu)

功能組件結(jié)構(gòu)

Tomcat 的核心功能有兩個，分別是負責接收和反饋外部請求的連接器 Connector，和負責處理請求的容器 Container。其中連接器和容器相輔相成，一起構(gòu)成了基本的 web 服務(wù) Service。每個 Tomcat 服務(wù)器可以管理多個 Service。

Tomcat 連接器核心原理

Tomcat 連接器框架——Coyote

連接器核心功能

一、監(jiān)聽網(wǎng)絡(luò)端口，接收和響應(yīng)網(wǎng)絡(luò)請求。

二、網(wǎng)絡(luò)字節(jié)流處理。將收到的網(wǎng)絡(luò)字節(jié)流轉(zhuǎn)換成 Tomcat Request 再轉(zhuǎn)成標準的 ServletRequest 給容器，同時將容器傳來的 ServletResponse 轉(zhuǎn)成 Tomcat Response 再轉(zhuǎn)成網(wǎng)絡(luò)字節(jié)流。

連接器模塊設(shè)計

為滿足連接器的兩個核心功能，我們需要一個通訊端點來監(jiān)聽端口；需要一個處理器來處理網(wǎng)絡(luò)字節(jié)流；最后還需要一個適配器將處理后的結(jié)果轉(zhuǎn)成容器需要的結(jié)構(gòu)。

對應(yīng)的源碼包路徑 org.apache.coyote 。對應(yīng)的結(jié)構(gòu)圖如下

Tomcat 容器核心原理

Tomcat 容器框架——Catalina

容器結(jié)構(gòu)分析

每個 Service 會包含一個容器。容器由一個引擎可以管理多個虛擬主機。每個虛擬主機可以管理多個 Web 應(yīng)用。每個 Web 應(yīng)用會有多個 Servlet 包裝器。Engine、Host、Context 和 Wrapper，四個容器之間屬于父子關(guān)系。

對應(yīng)的源碼包路徑 org.apache.coyote 。對應(yīng)的結(jié)構(gòu)圖如下

容器請求處理

容器的請求處理過程就是在 Engine、Host、Context 和 Wrapper 這四個容器之間層層調(diào)用，最后在 Servlet 中執(zhí)行對應(yīng)的業(yè)務(wù)邏輯。各容器都會有一個通道 Pipeline，每個通道上都會有一個 Basic Valve（如StandardEngineValve）， 類似一個閘門用來處理 Request 和 Response 。其流程圖如下。

Tomcat 請求處理流程

上面的知識點已經(jīng)零零碎碎地介紹了一個 Tomcat 是如何處理一個請求。簡單理解就是連接器的處理流程 + 容器的處理流程 = Tomcat 處理流程。哈！那么問題來了，Tomcat 是如何通過請求路徑找到對應(yīng)的虛擬站點？是如何找到對應(yīng)的 Servlet 呢？

映射器功能介紹

這里需要引入一個上面沒有介紹的組件 Mapper。顧名思義，其作用是提供請求路徑的路由映射。根據(jù)請求URL地址匹配是由哪個容器來處理。其中每個容器都會它自己對應(yīng)的Mapper，如 MappedHost。不知道大家有沒有回憶起被 Mapper class not found 支配的恐懼。在以前，每寫一個完整的功能，都需要在 web.xml 配置映射規(guī)則，當文件越來越龐大的時候，各個問題隨著也會出現(xiàn)

HTTP請求流程

打開 tomcat/conf 目錄下的 server.xml 文件來分析一個http://localhost:8080/docs/api 請求。

第一步：連接器監(jiān)聽的端口是8080。由于請求的端口和監(jiān)聽的端口一致，連接器接受了該請求。

第二步：因為引擎的默認虛擬主機是 localhost，并且虛擬主機的目錄是webapps。所以請求找到了 tomcat/webapps 目錄。

第三步：解析的 docs 是 web 程序的應(yīng)用名，也就是 context。此時請求繼續(xù)從 webapps 目錄下找 docs 目錄。有的時候我們也會把應(yīng)用名省略。

第四步：解析的 api 是具體的業(yè)務(wù)邏輯地址。此時需要從 docs/WEB-INF/web.xml 中找映射關(guān)系，最后調(diào)用具體的函數(shù)。

<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?>
<Server port="8005" shutdown="SHUTDOWN">

 <Service name="Catalina">

	<!-- 連接器監(jiān)聽端口是 8080，默認通訊協(xié)議是 HTTP/1.1 -->
 <Connector port="8080" protocol="HTTP/1.1"
  connectionTimeout="20000"
  redirectPort="8443" />
			 
	<!-- 名字為 Catalina 的引擎，其默認的虛擬主機是 localhost -->
 <Engine name="Catalina" defaultHost="localhost">

	 <!-- 名字為 localhost 的虛擬主機，其目錄是 webapps-->
 <Host name="localhost" appBase="webapps"
  unpackWARs="true" autoDeploy="true">

 </Host>
 </Engine>
 </Service>
</Server>

SpringBoot 如何啟動內(nèi)嵌的 Tomcat

SpringBoot 一鍵啟動服務(wù)的功能，讓有很多剛?cè)肷鐣呐笥讯纪?Tomcat 是啥。隨著硬件的性能越來越高，普通中小項目都可以直接用內(nèi)置 Tomcat 啟動。但是有些大一點的項目可能會用到 Tomcat 集群和調(diào)優(yōu)，內(nèi)置的 Tomcat 就不一定能滿足需求了。

我們先從源碼中分析 SpringBoot 是如何啟動 Tomcat，以下是 SpringBoot 2.x 的代碼。

代碼從 main 方法開始，執(zhí)行 run 方法啟動項目。

SpringApplication.run

從 run 方法點進去，找到刷新應(yīng)用上下文的方法。

this.prepareContext(context, environment, listeners, applicationArguments, printedBanner);
this.refreshContext(context);
this.afterRefresh(context, applicationArguments);

從 refreshContext 方法點進去，找 refresh 方法。并一層層往上找其父類的方法。

this.refresh(context);

在 AbstractApplicationContext 類的 refresh 方法中，有一行調(diào)用子容器刷新的邏輯。

this.postProcessBeanFactory(beanFactory);
this.invokeBeanFactoryPostProcessors(beanFactory);
this.registerBeanPostProcessors(beanFactory);
this.initMessageSource();
this.initApplicationEventMulticaster();
this.onRefresh();
this.registerListeners();
this.finishBeanFactoryInitialization(beanFactory);
this.finishRefresh();

從 onRefresh 方法點進去，找到 ServletWebServerApplicationContext 的實現(xiàn)方法。在這里終于看到了希望。

protected void onRefresh() {
 super.onRefresh();

 try {
 this.createWebServer();
 } catch (Throwable var2) {
 throw new ApplicationContextException("Unable to start web server", var2);
 }
}

從 createWebServer 方法點進去，找到從工廠類中獲取 WebServer的代碼。

if (webServer == null && servletContext == null) {
 ServletWebServerFactory factory = this.getWebServerFactory();
 // 獲取 web server 
 this.webServer = factory.getWebServer(new ServletContextInitializer[]{this.getSelfInitializer()});
} else if (servletContext != null) {
 try {
 // 啟動 web server
 this.getSelfInitializer().onStartup(servletContext);
 } catch (ServletException var4) {
 throw new ApplicationContextException("Cannot initialize servlet context", var4);
 }
}

從 getWebServer 方法點進去，找到 TomcatServletWebServerFactory 的實現(xiàn)方法，與之對應(yīng)的還有 Jetty 和 Undertow。這里配置了基本的連接器、引擎、虛擬站點等配置。

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);
}

服務(wù)啟動后會打印日志

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

END

文章到這里就結(jié)束了，實在是 hold 不住了，周末寫了一整天還沒有寫到源碼部分，只能放在下一章了。再寫真的就要廢了，有什么不對的地方請多多指出

以上就是Tomcat的工作原理是怎樣的的詳細內(nèi)容，更多關(guān)于Tomcat 工作原理的資料請關(guān)注腳本之家其它相關(guān)文章！