Tomcat源码解析一 架构初窥

引言

Tomcat是一个非常复杂的Servlet容器,也是在日常工作中与我们接触非常多的Http服务器,作为一个成熟的软件,它的整体设计,代码结构都十分的优秀,作为开发者,非常有必要研读Tomcat源码。阅读源码总是开头难,但是一旦对整体设计理念有一定了解后,再进行深入分析,就会有不一样的收获。

整体架构

先上一张总体架构图

image.png

这张图可以说每篇介绍Tomcat的博客都是必放,既然每个人都认可这张图,说明此图非常重要。接下来我们就围绕这张图对Tomcat的整体架构进行分析。

  • Server
    服务器:可以看成代表Tomcat服务器本身,一个Tomcat实例只会有一个Server

  • Service
    查看上图,可知一个Server可以包含多个Service,在这里可以把Service看成是ConnectorContainer组合层,ConnectorContainer是Tomcat两个主要的模块

    • Connector 连接器,一个Service可以有多个Connector(http AJP 等),监听用户请求端口
    • Container 按照层级有EngineHostContextWrapper四种,一个Service只有一个Engine,其主要作用是执行业务逻辑

这里我再贴一个Tomcat的配置文件,可以根据此配置文件再回过头去看上图

<Server port="8005" shutdown="SHUTDOWN">
  <Service name="Catalina">

    <Connector port="8080" protocol="HTTP/1.1"
               connectionTimeout="20000"
               redirectPort="8443" />
    
    <Connector port="8009" protocol="AJP/1.3" redirectPort="8443" />

    <Engine name="Catalina" defaultHost="localhost">
      <Realm className="org.apache.catalina.realm.LockOutRealm">
        <Realm className="org.apache.catalina.realm.UserDatabaseRealm"
               resourceName="UserDatabase"/>
      </Realm>

      <Host name="localhost"  appBase="webapps"
            unpackWARs="true" autoDeploy="true">
        <Valve className="org.apache.catalina.valves.AccessLogValve" directory="logs"
               prefix="localhost_access_log" suffix=".txt"
               pattern="%h %l %u %t &quot;%r&quot; %s %b" />
      </Host>
      
    </Engine>
    
  </Service>

配置文件的第一个节点就是Server,并且配置了shutdown端口为8005,然后就配置了一个名为CatalinaService,这里其实可以配置多个Service。再看Service节点中,配置了多个Connector连接器,并且配置了一个EngineEngine对应Container的最顶层,一个Service只有一个Engine

下面我们再进行逐个分析

Server

Server是Tomcat最顶层的容器,一个Tomcat实例只会有一个Server。一个Server至少需要包含一个Service,在配置文件中的体现就是至少需要包含一个Service节点。这里我们可以看下Tomcat对于Server的标准实现类org.apache.catalina.core.StandardServer,其中Lifecycle这个接口是Tomcat对于生命周期维护的重要接口,每个组件都必须实现,从而保证了统一启动/统一关闭的效果

image.png

Service

前文说过,Service就是用于组装ConnectorContainer的对应关系的。通过查看配置文件,可知Service节点包含了ConnectorContainer,其中Connector监听用户请求,并解析请求参数,Container执行具体业务逻辑

Connector

Connector是连接器,用于接受请求并将请求封装成RequestResponse,然后交给Container进行处理,Container处理完之后再交给Connector返回给客户端

Container

Tomcat中的Servlet容器必须实现Container接口,也就是说Servlet容器都是Container接口的实例,接下来将会介绍四种类型的容器

  • Engine: 表示整个Servlet引擎
  • Host: 表示包含一个或多个Context容器的虚拟主机
  • Contetx: 表示一个Web应用程序。一份Context可以有多个Wrapper
  • Wrapper: 表示一个独立的servlet

上述的每一个概念都是实现了org.apache.catalina.Container接口的,这四个实现的标准类分别对应StandardEngine,StandardHost,StandardContetx,StandardWrapper。我们可以通过下图理清它们的层次关系。一般情况下,一个容器可以有0个或多个低层次的子容器

image.png

Engine

Engine容器表示Tomcat的整个servlet引擎。如果使用了Engine容器,那么它总是处于容器层级的最顶层。添加到Engine容器中的子容器通常是HostContext的实现。默认情况下,tomcat会使用Engine容器,并且有一个Host容器作为其子容器。

Host

Host表示虚拟主机,如果你想在同一个Tomcat部署上运行多个Context容器的话,你就需要使用Host容器。理论上,当你只有一个Context实例时,不需要使用Host实例。但是在Tomcat的实际部署中,总是会使用一个Host容器

Context

对应一个独立的Web应用程序,也就是对应我们日常编写的单独Web应用

Context容器的父容器通常是Host容器,也有可能是其他实现,或则如果不必要,就可以不使用父容器

Wrapper

Wrapper封装了一个具体的Servlet

尾言

本文主要分析解读了tomcat的总体设计架构,tomcat的源码非常非常的多,如果我们不对其整体架构层次进行分析,直接进行源码阅读,会感觉仿若置身大海,非常的浪费时间。所以若大家有想法阅读tomcat源码,还是有必要先理清其架构体系

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