深入拆解Tomcat&Jetty(七)

回顧一下Tomcat的啟動(dòng)步驟

  • 1.安裝JDK,配置環(huán)境變量
  • 2.下載Tomcat并解壓
  • 3.執(zhí)行tomcat/bin目錄下的start.sh
    執(zhí)行腳本后的流程
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  • 1.Tomcat本質(zhì)上還是一個(gè)Java程序,因此startup.sh腳本會(huì)啟動(dòng)一個(gè)JVM來(lái)運(yùn)行Tomcat的啟動(dòng)類(lèi)BootStrap

其實(shí)Tomcat和我們自己平時(shí)寫(xiě)的代碼并沒(méi)有本質(zhì)上的區(qū)別,只是Tomcat的啟動(dòng)時(shí)通過(guò)腳本.我們常用的SpringBoot或簡(jiǎn)單的Java類(lèi)可以通過(guò)java命令啟動(dòng).

  • 2.BootStrap主要任務(wù)是初始化Tomcat的類(lèi)加載器,創(chuàng)建Catalina.
  • 3.Catalina會(huì)解析server.xml,創(chuàng)建響應(yīng)的組件,并調(diào)用Server.start
  • 4.Server負(fù)責(zé)管理Service,調(diào)用Service.start
  • 5.Service會(huì)管理頂層容器Engine,調(diào)用Engine.start

經(jīng)過(guò)這幾步Tomcat啟動(dòng)就算完成了.

Tomcat比作公司

  • Catalina:公司創(chuàng)始人,負(fù)責(zé)組件團(tuán)隊(duì),創(chuàng)建Server以及它的子組件
  • Server:公司的CEO,管理多個(gè)事業(yè)群,每個(gè)事業(yè)群是一個(gè)Service
  • Service:事業(yè)群總經(jīng)理,管理兩個(gè)職能部門(mén),對(duì)外市場(chǎng)部:連接器,對(duì)內(nèi)的研發(fā)部:容器
  • Engine:研發(fā)部總經(jīng)理,作為最頂層的容器組件

Catalina

Catalina主要任務(wù)就是創(chuàng)建Server,解析server.xml,將server.xml定義的各個(gè)組件創(chuàng)建出來(lái),然后調(diào)用Server的init和start方法

public void start() {
        //1.獲取Server,如果為空進(jìn)行創(chuàng)建
        if (getServer() == null) {
            load();
        }
        //2.創(chuàng)建失敗直接報(bào)錯(cuò)退出
        if (getServer() == null) {
            log.fatal(sm.getString("catalina.noServer"));
            return;
        }

        long t1 = System.nanoTime();

        // 3.啟動(dòng)Server
        try {
            getServer().start();
        } catch (LifecycleException e) {
            log.fatal(sm.getString("catalina.serverStartFail"), e);
            try {
                getServer().destroy();
            } catch (LifecycleException e1) {
                log.debug("destroy() failed for failed Server ", e1);
            }
            return;
        }

        long t2 = System.nanoTime();
        if(log.isInfoEnabled()) {
            log.info(sm.getString("catalina.startup", Long.valueOf((t2 - t1) / 1000000)));
        }

        // 創(chuàng)建Tomcat關(guān)閉的鉤子
        if (useShutdownHook) {
            if (shutdownHook == null) {
                shutdownHook = new CatalinaShutdownHook();
            }
            Runtime.getRuntime().addShutdownHook(shutdownHook);

            // If JULI is being used, disable JULI's shutdown hook since
            // shutdown hooks run in parallel and log messages may be lost
            // if JULI's hook completes before the CatalinaShutdownHook()
            LogManager logManager = LogManager.getLogManager();
            if (logManager instanceof ClassLoaderLogManager) {
                ((ClassLoaderLogManager) logManager).setUseShutdownHook(
                        false);
            }
        }
        //監(jiān)聽(tīng)Tomcat停止請(qǐng)求
        if (await) {
            await();
            stop();
        }
    }

Hook:鉤子,Tomcat中的關(guān)閉鉤子是用于在JVM關(guān)閉時(shí)做一些清理工作,比如將緩存數(shù)據(jù)刷到磁盤(pán),或者清理臨時(shí)文件呢.Hook本質(zhì)上是一個(gè)線程,JVM在停止之前會(huì)嘗試執(zhí)行這個(gè)線程的run方法.

Catalina的關(guān)閉鉤子

protected class CatalinaShutdownHook extends Thread {

        @Override
        public void run() {
            try {
                if (getServer() != null) {
                //其實(shí)只是調(diào)用了stop方法
                    Catalina.this.stop();
                }
            } catch (Throwable ex) {
                ExceptionUtils.handleThrowable(ex);
                log.error(sm.getString("catalina.shutdownHookFail"), ex);
            } finally {
                //略...
                }
            }
        }
    }

Catalina的關(guān)閉Hook中,只是調(diào)用了內(nèi)部的stop方法,最終也是通過(guò)Server的stop和destory方法進(jìn)行資源釋放和清理.

Server

Server組件的實(shí)現(xiàn)類(lèi)是StandardServer,繼承自LifeCycleBase,生命周期被統(tǒng)一管理,它的子組件是Service,因此需要對(duì)Service的生命周期進(jìn)行管理.

  • 在啟動(dòng)時(shí)調(diào)用Service組件的start方法
  • 停止是調(diào)用Service組件的stop方法

Server添加Service組件

public void addService(Service service) {

        service.setServer(this);

        synchronized (servicesLock) {
            Service results[] = new Service[services.length + 1];
            System.arraycopy(services, 0, results, 0, services.length);
            results[services.length] = service;
            services = results;

            if (getState().isAvailable()) {
                try {
                    service.start();
                } catch (LifecycleException e) {
                    // Ignore
                }
            }

            // Report this property change to interested listeners
            support.firePropertyChange("service", null, service);
        }

    }

可以看到Server通過(guò)一個(gè)數(shù)組持有所有Service的引用,同時(shí)這個(gè)數(shù)組默認(rèn)長(zhǎng)度是0,只有在每次新增Service組件時(shí)候會(huì)創(chuàng)建新的數(shù)組,長(zhǎng)度為原數(shù)組長(zhǎng)度+1,然后將原數(shù)組的數(shù)據(jù)復(fù)制到新數(shù)組中,并且使用的是System.arraycopy()的Native方法,避免數(shù)組的自動(dòng)1.5倍擴(kuò)容浪費(fèi)內(nèi)存空間.

除了管理Service組件外,Server還有一個(gè)重要功能,就是啟動(dòng)一個(gè)Socket監(jiān)聽(tīng)停止端口,就是平常使用shutdown.sh腳本就能停止的原因.

其實(shí)在Catalina啟動(dòng)的最后,有一個(gè)await方法,這個(gè)方法就是調(diào)用了Server#await,在Server#await方法中會(huì)創(chuàng)建一個(gè)Socket對(duì)關(guān)閉進(jìn)行監(jiān)聽(tīng),在一個(gè)死循環(huán)中監(jiān)聽(tīng)來(lái)自8005端口的數(shù)據(jù)(關(guān)閉端口模式就是8005),收到SHUTDOWN指令后就會(huì)退出循環(huán),進(jìn)入stop的流程.

Service

Service的具體實(shí)現(xiàn)是StandardService.StandardService繼承LifeCycleBase,并且會(huì)持有Server,Connector,Engine,Mapper等組件.

public class StandardService extends LifecycleBase implements Service {

//Server實(shí)例
private Server server = null;
//連接器數(shù)組
protected Connector connectors[] = new Connector[0];
private final Object connectorsLock = new Object();
//對(duì)應(yīng)的Engine容器
private Engine engine = null;
//映射器及其監(jiān)聽(tīng)器
protected final Mapper mapper = new Mapper();
protected final MapperListener mapperListener = new MapperListener(this);

其中MapperListener的作用是支持動(dòng)態(tài)部署,監(jiān)聽(tīng)容器變化將信息更新到Mapper中.


在Service的啟動(dòng)方法中,維護(hù)了子組件的生命周期,在各種組件啟動(dòng)的時(shí)候,組件有個(gè)字的啟動(dòng)順序

protected void startInternal() throws LifecycleException {

        if(log.isInfoEnabled())
            log.info(sm.getString("standardService.start.name", this.name));
        //1.觸發(fā)啟動(dòng)監(jiān)聽(tīng)
        setState(LifecycleState.STARTING);

        
        //2.啟動(dòng)Engine,由Engine啟動(dòng)其子容器
        if (engine != null) {
            synchronized (engine) {
                
                engine.start();
            }
        }
        //略...
        //啟動(dòng)Mapper監(jiān)聽(tīng)
        mapperListener.start();

        //最后啟動(dòng)連接器
        synchronized (connectorsLock) {
            for (Connector connector: connectors) {
                // If it has already failed, don't try and start it
                if (connector.getState() != LifecycleState.FAILED) {
                    connector.start();
                }
            }
        }
    }

由組件啟動(dòng)順序可以看出,Service先啟動(dòng)了Engine,然后是Mapper監(jiān)聽(tīng)器,最后才啟動(dòng)連接器.

因?yàn)橹挥袑?duì)內(nèi)的組件都啟動(dòng)好了,才能啟動(dòng)對(duì)外服務(wù)的組件,這樣才能保證連接后不會(huì)因?yàn)閮?nèi)部組件未初始化完成導(dǎo)致的問(wèn)題.所以停止的順序就會(huì)和啟動(dòng)時(shí)剛好相反

Engine

Engine具體實(shí)現(xiàn)類(lèi)是StandardEngine本質(zhì)是一個(gè)頂層容器,所以會(huì)繼承自ContainerBase,實(shí)現(xiàn)Engine接口.

但是由于Engine是頂層的容器,所以很多功能都抽象到ContainerBase中實(shí)現(xiàn).
通過(guò)HashMap持有所有子容器Host的引用.

    protected final HashMap<String, Container> children = new HashMap<>();

當(dāng)Engine在啟動(dòng)的時(shí)候,會(huì)通過(guò)專(zhuān)門(mén)的線程池啟動(dòng)子容器

Engine啟動(dòng)子容器

Engine容器最重要的功能其實(shí)就是將請(qǐng)求轉(zhuǎn)發(fā)給Host進(jìn)行處理,具體是通過(guò)pipline-Valve實(shí)現(xiàn)的.

在Engine的構(gòu)造函數(shù)中,就已經(jīng)將Pipline-Valve的第一個(gè)基礎(chǔ)閥設(shè)置好了

 /**
     * Create a new StandardEngine component with the default basic Valve.
     */
    public StandardEngine() {

        super();
        //設(shè)置第一個(gè)基礎(chǔ)閥
        pipeline.setBasic(new StandardEngineValve());
       //..略
    }

StandardEngineValve

在創(chuàng)建Engine時(shí),就會(huì)默認(rèn)創(chuàng)建一個(gè)StandardEngineValve,用于連接Host的Pipline,并且在Mapper組件中已經(jīng)對(duì)請(qǐng)求進(jìn)行了路
由處理,通過(guò)URL定位了相應(yīng)的容器,然后把容器對(duì)象保存在Request對(duì)象中,所以StandardEngineValve就能開(kāi)始整個(gè)調(diào)用鏈路.

public final void invoke(Request request, Response response)
        throws IOException, ServletException {

        // Select the Host to be used for this Request
        Host host = request.getHost();
        if (host == null) {
            // HTTP 0.9 or HTTP 1.0 request without a host when no default host
            // is defined. This is handled by the CoyoteAdapter.
            return;
        }
        if (request.isAsyncSupported()) {
            request.setAsyncSupported(host.getPipeline().isAsyncSupported());
        }

        // Ask this Host to process this request
        host.getPipeline().getFirst().invoke(request, response);
    }

Server在啟動(dòng)連接器和容器都進(jìn)行了加鎖

為了保證多線程操作共享資源的正確性.

Server內(nèi)部使用了線程不安全的數(shù)組進(jìn)行Service的引用,Engine對(duì)Host的持有使用了hashMap也是線程不安全的.但是又因?yàn)榇嬖谫Y源的動(dòng)態(tài)添加和刪除,所以需要加鎖.

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