死磕Tomcat系列(1)——总体架构

死磕Tomcat系列(1)——总体架构

在许多的高端开发的岗位中都会或多或少有要求面试人员要研究过一些经常使用中间件源码。这是由于一切的秘密都是藏在源码中，阅读源码可以让咱们对框架或者中间件的理解更加深入，而咱们也可以在源码的研究中得到其中一些优秀的设计方式。而咱们的中间件和源码那么多，咱们该从何入手呢？其实大部分的中间件或者框架都有一些共性的部分，例如网络编程、多线程、反射和类加载等技术。因此深刻研究透了一两个中间价的话，那么再回过头来看其余的中间件，那么就会很容易理解它里面所用的技术以及原理。而做为一个老牌的WEB端框架Tomcat，不管是其总体的架构设计，仍是其内在的一些技术灵活应用，都值得咱们一看。

在学习框架的时候，我通常都是对这个框架有一个总体的认识。知道它总体是如何运行的，而后再深刻其中某部分进行研究，这样会事半功倍。

总体架构

咱们想要了解一个框架，首先要了解它是干什么的，Tomcat咱们都知道，是用于处理链接过来的Socket请求的。那么Tomcat就会有两个功能：

• 对外处理链接，将收到的字节流转化为本身想要的Request和Response对象
• 对内处理Servlet，将对应的Request请求分发到相应的Servlet中

那么咱们总体的骨架就出来了，Tomcat其实就分为两大部分，一部分是链接器(Connnector)处理对外链接和容器(Container)管理对内的Servelet。大致的关系图以下

最外层的大框就是表明一个Tomcat服务，一个Tomcat服务能够对应多个Service。每一个Service都有链接器和容器。这些对应的关系咱们也能够打开在Tomcat目录配置文件中server.xml中看出来。

<Server port="8006" shutdown="SHUTDOWN">
  <Service name="Catalina">

    <Connector port="8080" protocol="HTTP/1.1"
               connectionTimeout="20000"
               redirectPort="8443" />
    <Connector port="8010" 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"
       
      </Host>
    </Engine>
  </Service>
</Server>

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这里我将其中配置文件中删除了一些内容精简了一下，这里咱们能够看到链接器其实就是Connector，一个Service中能够有多个链接器，容器其实对应的就是Engine。

Tomcat的总体架构简单来讲就是这样的对应关系。接下来咱们简单的介绍链接器的总体架构和容器的总体架构。

链接器

咱们能够看到上图中链接器传给容器的是ServletRequest对象，而容器传给链接器的是ServletResponse对象，这些在网络传输过程当中是确定不行的，由于网络传输中传送的字节流。因此链接器的功能需求咱们大概能总结出来如下几点。

• Socket链接
• 读取请求网络中的字节流
• 根据相应的协议(Http/AJP)解析字节流，生成统一的Tomcat Requestt对象
• 将Tomcat Reques传给容器
• 容器返回Tomcat Response对象
• 将Tomcat Response对象转换为字节流
• 将字节流返回给客户端

其实上面的细分都能总结为如下的三点

• 网络通讯
• 应用层协议的解析
• Tomcat的Request/Response与ServletRequest/ServletResponse对象的转化

而在Tomcat中它也用了三个类来实现上面的三个功能，分别对应以下

• EndPoint
• Processor
• Adapter

用图表示他们的关系的话就是这样

容器

容器，顾名思义就是装东西的器具，那么这个Tomcat容器是装什么的呢？其实主要的就是装了Servlet的。那么容器是如何设计的呢？Tomcat的容器设计实际上是用了组合设计模式（不了解组合设计模式的能够看我以前的文章不学无数——组合模式）。其实从Server.xml中咱们也能看到其关系了。

<Engine name="Catalina" defaultHost="localhost">
      <Host name="localhost"  appBase="webapps"
            unpackWARs="true" autoDeploy="true">

      </Host>
    </Engine>

复制代码

在这里面咱们只能看到容器中的两个模块，一个是顶层模块Engine，另外一个是Host，其实还有两个模块，一个是Context对应的是咱们webapp里面的每一个应用文件夹，每一个文件夹就是对应一个Context，还有一个模块Wrapper对应的是咱们Context中的全部servlet，Wrapper管理了访问关系与具体的Servlet的对应。图表示就是下面这样。

Tomcat中容器全部模块都实现了Container接口，而组合模式的意义就是使得用户对于单个对象和组合对象的使用具备一致性，即不管添加多少个Context其使用就是为了找到其下面的Servlet，而不管添加多少个Host也是为了找个下面的Servlet。而在容器中设计了这么多的模块，一个请求过来Tomcat如何找到对应的Servlet进行处理呢？

请求如何定位

咱们就举个最简单的例子，咱们本机应用上启动了一个Tomcat，webapp下有咱们部署的一个应用buxuewushu。咱们在浏览器上输入http://localhost:8080/buxuewushu/add.do是如何找到对应Servlet进行处理呢？

在咱们启动Tomcat的时候，链接器就会进行初始化监听所配置的端口号，这里咱们配置的是8080端口对应的协议是HTTP。

• 请求发送到本机的8080端口，被在那里监听的HTTP/1.1的链接器Connector得到
• 链接器Connector将字节流转换为容器所须要的ServletRequest对象给同级Service下的容器模块Engine进行处理
• Engine得到地址http://localhost:8080/buxuewushu/add。匹配他下面的Host主机
• 匹配到名为localhost的Host（就算此时请求为具体的ip，没有配置相应的Host，也会交给名为localhost的Host进行处理，由于他是默认的主机）
• Host匹配到路径为/buxuewushu的Context，即在webapp下面找到相应的文件夹
• Context匹配到URL规则为*.do的servlet，对应为某个Servlet类
• 调用其doGet或者doPost方法
• Servlet执行完之后将对象返回给Context
• Context返回给Host
• Host返回给Engine
• Engine返回给链接器Connector
• 链接器Connector将对象解析为字节流发送给客户端

往期关于Tomcat的文章

• 一次奇怪的StackOverflowError问题查找之旅
• 如何断点调试Tomcat源码

参考

• 深刻拆解Tomcat&Jetty