牛逼!硬核图解 Tomcat 整体架构

沙海
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2021年4月11日03:33:04
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来自:rhsphere

牛逼!硬核图解 Tomcat 整体架构

总体架构

核心功能:

  • 处理 socket 连接,负责将网络字节流与 Request 和 Response 对象的转化;

  • 加载和管理 Servlet,以及具体处理 Request 请求;

Tomcat 支持的 io 模型有 NIO、NIO2、APR,Tomcat 支持的应用层协议有 http1.1 ajp http2.0。

Tomcat 最顶层是 server,一个 server 有多个 service,一个 service 有多个连接器和一个容器,连接器和容器之间通过 ServletRequest 和 ServletResponse 通信。

牛逼!硬核图解 Tomcat 整体架构

通过组合模式、模板方法、观察者模式和骨架抽象类,tomcat 定义了基类 LifeCycleBean 实现 LifeCycle 接口,把公共的逻辑,生命周期状态转变和维护、生命事件的触发和监听器的添加删除,子类负责实现自己的 init、stop 和 start 等方法。

  • tomcat 自定义了监听器;

  • @WebListener 注解,定义自己的监听器;

StandardServer、StandardService 等是 Server 和 Service 组件的具体实现类,它们都继承了 LifecycleBase。

StandardEngine、StandardHost、StandardContext 和 StandardWrapper 是相应容器组件的具体实现类,因为它们都是容器,所以继承了 ContainerBase 抽象基类,而 ContainerBase 实现了 Container 接口,也继承了 LifecycleBase 类,它们的生命周期管理接口和功能接口是分开的。

连接器 Connector

连接器进一步细化:

  • 监听网络端口;

  • 接受网络请求;

  • 读取网络字节流;

  • 根据应用层协议解析字节流,生成统一的 tomcat request 和 tomcat response 对象;

  • 将 tomcat request 对象转成 servletRequest;

  • 调用 servlet 容器,得到 servletResponse;

  • 将 servletResponse 转成 tomcat response;

  • 将 tomcat response 转成网络字节流;

  • 将响应字节流写回给浏览器;

按照高内聚的功能划分:

  • 网络通信;

  • 应用层协议解析;

  • tomcat request/response 与 servlet request/response 的转换;

组件通过接口交互,好处是封装变化。Endpoint 负责提供字节流给 Processor,Processor 负责提供 tomcat request 对象给 Adapter,Adapter负责提供 Servlet Request 给容器。

其中 Endpoint 和 Processor 抽象组装在一起形成了 ProtocolHandler 组件。

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ProtocolHandler

Endpoint

接口,抽象实现类是 AbstractEndpoint,具体子类在 NioEndpoint 和 Nio2Endpoint,其中两个重要组件:Acceptor 和 SocketProcessor。

Acceptor 用于监听 Socket 连接请求,SocketProcessor 用于处理收到的 Socket 请求,提交到线程池 Executor 处理。

Processor

接收 Endpoint 的 socket,读取字节流解析成 tomcat request 和 response,通过 adapter 将其提交到容器处理。Processor 的具体实现类 AjpProcessor、Http11Processor 实现了特定协议的解析方法和请求处理方式。

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Endpoint 接收到 socket 连接后,生成一个 socketProcessor 交给线程池处理,run 方法会调用 Processor 解析应用层协议,生成 tomcat request 后,调用 adapter 的 service 方法。

Adapter

ProtocolHandler 接口负责解析请求生成 tomcat requst,CoyoteAdapter 的 service 方法,将 Tomcat Request 对象,转成 ServletRequest,再调用 service 方法。

容器 Container

容器的层次结构

父子关系的 Engine、Host、Context、Wrapper 和 Servlet。Context 表示 web 应用程序、wrapper 表示 servlet、context 有多个 wrapper,host 也有多个 context。

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Host 代表的是一个虚拟主机,或者说一个站点,可以给 Tomcat 配置多个虚拟主机地址,而一个虚拟主机下可以部署多个 Web 应用程序;Engine 表示引擎,用来管理多个虚拟站点,一个 Service 最多只能有一个 Engine。

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容器通过 Pipeline-Valve 责任链,对请求一次处理,invoke 处理方法,每个容器都有一个 Pipeline,触发第一个 Valve,这个容器的 valve 都会被调到,不同容器之间通过 Pipeline 的 getBasic 方法,负责调用下层容器的第一个 Valve。

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整个调用连由连接器中的 adapter 触发,调用 engine 中的第一个 Valve。

1// Calling the container2connector.getService().getContainer().getPipeline().getFirst().invoke(request, response);

wrapper 容器的最后一个 valve 创建一个 filter 链,并调用 doFilter 方法,最终会调用到 servlet 的 service 方法。

 1final class StandardWrapperValve 2    extends ValveBase { 3 4   @Override 5      public final void invoke(Request request, Response response) 6          throws IOException, ServletException { 7          // ... 8 9          ApplicationFilterChain filterChain =10                ApplicationFilterFactory.createFilterChain(request, wrapper, servlet);1112        // Call the filter chain for this request13        // NOTE: This also calls the servlet's service() method14        Container container = this.container;15        try {16            if ((servlet != null) && (filterChain != null)) {17                // Swallow output if needed18                if (context.getSwallowOutput()) {19                    try {20                        SystemLogHandler.startCapture();21                        if (request.isAsyncDispatching()) {22                            request.getAsyncContextInternal().doInternalDispatch();23                        } else {2425                        // dofilter26                            filterChain.doFilter(request.getRequest(),27                                    response.getResponse());28                        }29                    } finally {30                        String log = SystemLogHandler.stopCapture();31                        if (log != null && log.length() > 0) {32                            context.getLogger().info(log);33                        }34                    }35                } else {36                    if (request.isAsyncDispatching()) {37                        request.getAsyncContextInternal().doInternalDispatch();38                    } else {39                        // dofilter40                        filterChain.doFilter41                            (request.getRequest(), response.getResponse());42                    }43                }4445            }46        } catch() {47        // ...48        }49    }50}

ServletContext 是 tomcat 中的一个成员变量,spring 中的 ApplicationContext 是 servlet 规范中的 ServletContext 属性。

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