Tomcat 8.5 源码分析

一、获取源码并启动程序

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总体架构

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二、Tomcat的启动入口

Catalina类主要负责 具体的管理类，而Bootstrap类是启动的入口(main方法)。

/*** Main method and entry point when starting Tomcat via the provided* scripts.** @param args Command line arguments to be processed*/public static void main(String args[]) {synchronized (daemonLock) {if (daemon == null) {// Don't set daemon until init() has completedBootstrap bootstrap = new Bootstrap();try {bootstrap.init();} catch (Throwable t) {handleThrowable(t);t.printStackTrace();return;}daemon = bootstrap;} else {// When running as a service the call to stop will be on a new// thread so make sure the correct class loader is used to// prevent a range of class not found exceptions.Thread.currentThread().setContextClassLoader(daemon.catalinaLoader);}}try {String command = "start";if (args.length > 0) {command = args[args.length - 1];}if (command.equals("startd")) {args[args.length - 1] = "start";daemon.load(args);daemon.start();} else if (command.equals("stopd")) {args[args.length - 1] = "stop";daemon.stop();} else if (command.equals("start")) {daemon.setAwait(true);daemon.load(args);daemon.start();if (null == daemon.getServer()) {System.exit(1);}} else if (command.equals("stop")) {daemon.stopServer(args);} else if (command.equals("configtest")) {daemon.load(args);if (null == daemon.getServer()) {System.exit(1);}System.exit(0);} else {log.warn("Bootstrap: command \"" + command + "\" does not exist.");}} catch (Throwable t) {// Unwrap the Exception for clearer error reportingif (t instanceof InvocationTargetException &&t.getCause() != null) {t = t.getCause();}handleThrowable(t);t.printStackTrace();System.exit(1);}}

2.1 Bootstrap#init()

	/*** Initialize daemon.* @throws Exception Fatal initialization error*/public void init() throws Exception {//1、初始化类加载器initClassLoaders();//2、设置当前线程的上下文加载器为catalinaLoader      Thread.currentThread().setContextClassLoader(catalinaLoader);//3、预先加载tomcat、javax包的自定义类SecurityClassLoad.securityClassLoad(catalinaLoader);// 加载启动类以及调用setParentClassLoad()方法      if (log.isDebugEnabled())if (log.isDebugEnabled()) {log.debug("Loading startup class");}//4.通过反射创建Catalina对象Class<?> startupClass = catalinaLoader.loadClass("org.apache.catalina.startup.Catalina");Object startupInstance = startupClass.getConstructor().newInstance();// Set the shared extensions class loaderif (log.isDebugEnabled()) {log.debug("Setting startup class properties");}String methodName = "setParentClassLoader";Class<?> paramTypes[] = new Class[1];paramTypes[0] = Class.forName("java.lang.ClassLoader");Object paramValues[] = new Object[1];paramValues[0] = sharedLoader;Method method =startupInstance.getClass().getMethod(methodName, paramTypes);method.invoke(startupInstance, paramValues);//5.将startupInstance对象赋值给catalinaDaemoncatalinaDaemon = startupInstance;}

关键步骤

  1. 初始化类加载器
  2. 设置当前线程的上下文加载器为catalinaLoader
  3. 预先加载tomcat、javax包的自定义类
  4. 通过反射创建Catalina对象
  5. 将startupInstance对象赋值给catalinaDaemon

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2.2 Bootstrap#init()#initClassLoaders（）

init()初始化的方法也相对的简单，首先调用initClassLoaders()初始化类加载器，使得tomcat可以加载应用程序类，接着设置当前线程的上下文加载器为CatalinaLoader。

 private void initClassLoaders() {try {commonLoader = createClassLoader("common", null);if (commonLoader == null) {// no config file, default to this loader - we might be in a 'single' env.commonLoader = this.getClass().getClassLoader();}//在initClassLoaders()初始化方法中可发现会创建三种类加载器并赋予成员变量，其中catalinaLoader与sharedLoader加载器的父加载器都是commonLoader。catalinaLoader = createClassLoader("server", commonLoader);sharedLoader = createClassLoader("shared", commonLoader);} catch (Throwable t) {handleThrowable(t);log.error("Class loader creation threw exception", t);System.exit(1);}}

在initClassLoaders()初始化方法中可发现会创建三种类加载器并赋予成员变量，其中catalinaLoader与sharedLoader加载器的父加载器都是commonLoader。

2.3 Catalina#load()

load()方法主要完成StardardServer及子组件的初始化，下图是该方法的主要序列流程：

 public void load() {if (loaded) {return;}loaded = true;long t1 = System.nanoTime();initDirs();// Before digester - it may be neededinitNaming();// Create and execute our DigesterDigester digester = createStartDigester();InputSource inputSource = null;InputStream inputStream = null;File file = null;try {try {file = configFile();//读取serve.xml文件inputStream = new FileInputStream(file);inputSource = new InputSource(file.toURI().toURL().toString());} catch (Exception e) {if (log.isDebugEnabled()) {log.debug(sm.getString("catalina.configFail", file), e);}} try {inputSource.setByteStream(inputStream);digester.push(this);//解析serve.xml文件digester.parse(inputSource);} catch (SAXParseException spe) {log.warn("Catalina.start using " + getConfigFile() + ": " +spe.getMessage());return;} catch (Exception e) {log.warn("Catalina.start using " + getConfigFile() + ": " , e);return;}} finally {if (inputStream != null) {try {inputStream.close();} catch (IOException e) {// Ignore}}}getServer().setCatalina(this);getServer().setCatalinaHome(Bootstrap.getCatalinaHomeFile());getServer().setCatalinaBase(Bootstrap.getCatalinaBaseFile());// Stream redirectioninitStreams();// Start the new servertry {getServer().init();} catch (LifecycleException e) {if (Boolean.getBoolean("org.apache.catalina.startup.EXIT_ON_INIT_FAILURE")) {throw new java.lang.Error(e);} else {log.error("Catalina.start", e);}}}

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2.4 standerServer#initInternal()

在执行LifecycleBase#initInternal()抽象方法时，将由standerServer#initInternal()的方法完成初始化。

 @Overrideprotected void initInternal() throws LifecycleException {//1、调用LifecycleMBeanBase#initInternal方法super.initInternal();//2、注册全局字符串缓存，如果有多个Server则也会注册多个字符串缓存对象onameStringCache = register(new StringCache(), "type=StringCache");//3、注册MBeanFactoryMBeanFactory factory = new MBeanFactory();factory.setContainer(this);onameMBeanFactory = register(factory, "type=MBeanFactory");//4、注册全局命名资源并初始化,该全局命名资源是配置在server.xml中globalNamingResources.init();//5、使用catalina的父加载器校验系统JAR包是否包含MANIFEST文件等，此处忽略部分代码//6、初始化自定义的servicefor (Service service : services) {service.init();}}

而service组件的init()方法主要做了以下事情：

  1. 初始化StandardEngine容器。
    • 创建指定或默认的Realm。
  2. 初始化绑定的StandardThreadExecutor线程执行器。
  3. 初始化绑定的MapperListener监听器。
  4. 更新mapper监听器的生命周期状态为LifecycleState.STARTING。
  5. 查找并绑定默认的虚拟主机Host。
  6. 绑定该监听器到Engine及子容器。
  7. 注册Engine容器到绑定的虚拟主机Host以及上下文Context、Wrapper。
  8. 初始化绑定的所有connector连接器。
    /*** Invoke a pre-startup initialization. This is used to allow connectors to bind to restricted ports under Unix* operating environments.*/@Overrideprotected void initInternal() throws LifecycleException {super.initInternal();if (engine != null) {engine.init();}// Initialize any Executorsfor (Executor executor : findExecutors()) {if (executor instanceof JmxEnabled) {((JmxEnabled) executor).setDomain(getDomain());}executor.init();}// Initialize mapper listenermapperListener.init();// Initialize our defined Connectorssynchronized (connectorsLock) {//初始化所有关联的connector连接器for (Connector connector : connectors) {try {connector.init();} catch (Exception e) {String message = sm.getString("standardService.connector.initFailed", connector);log.error(message, e);if (Boolean.getBoolean("org.apache.catalina.startup.EXIT_ON_INIT_FAILURE")) {throw new LifecycleException(message);}}}}}

在整个service初始化过程中，connector连接器的初始化尤其重要，以下为connector连接器初始化代码：

  1. 创建、初始化Coyote适配器，并绑定APR或HTTP1.1协议处理器。
  2. 检查parseBodyMethodsSet是否有值，若没则设置为POST方法。
  3. 判断APR的native库是否必须且协议处理器实例是否已创建，若都不满足则抛出异常。
  4. 判断APR本地库是否必须且APR协议处理器是否可用，若都不满足则抛出异常。
  5. 判断APR协议处理器是否可用且Apr协议处理器是否使用OpenSSL且协议处理器是否AbstractHttp11JsseProtocol类型。
    • 判断是否启用SSL且其类名为空，若满足则使用OpenSSLImplementation类名(OpenSSL与JSSE的配置兼容)。
    • 否则执行步骤6
  6. 初始化协议处理器（该协议处理器实例时在server.xml解析时创建的）。
@Override
protected void initInternal() throws LifecycleException {super.initInternal();// 1、创建并初始化Coyote适配器，并关联至协议处理器中adapter = new CoyoteAdapter(this);protocolHandler.setAdapter(adapter);//2、确认parseBodyMethodsSet有默认值，parsetBodyMethods默认值为POST方法if (null == parseBodyMethodsSet) {setParseBodyMethods(getParseBodyMethods());}//3、判断是否需要APR本地库 AND 判断Apr协议处理器实例是否被创建，若是Apr本地路且没创建Apr协议处理器则抛出异常if (protocolHandler.isAprRequired() && !AprLifecycleListener.isInstanceCreated()) {throw new LifecycleException(sm.getString("coyoteConnector.protocolHandlerNoAprListener",getProtocolHandlerClassName()));}//4、判断是否需要APR/native库 AND Apr协议处理器是否可用，若是需要Apr本地库且没有Apr协议处理器可用则抛出异常if (protocolHandler.isAprRequired() && !AprLifecycleListener.isAprAvailable()) {throw new LifecycleException(sm.getString("coyoteConnector.protocolHandlerNoAprLibrary",getProtocolHandlerClassName()));}//5、判断Apr协议处理器是否可用 AND Apr协议处理器是否使用OpenSSL AND 协议处理器是否AbstractHttp11JsseProtocol类型if (AprLifecycleListener.isAprAvailable() && AprLifecycleListener.getUseOpenSSL() &&protocolHandler instanceof AbstractHttp11JsseProtocol) {AbstractHttp11JsseProtocol<?> jsseProtocolHandler =(AbstractHttp11JsseProtocol<?>) protocolHandler;//5.1、如果SSL启用了且SSL实现类名为空，则使用OpenSSLImplementation类名if (jsseProtocolHandler.isSSLEnabled() &&jsseProtocolHandler.getSslImplementationName() == null) {// 如果APR可用，可以使用OpenSSL，因为OpenSSL与JSSE的配置兼容。jsseProtocolHandler.setSslImplementationName(OpenSSLImplementation.class.getName());}}try {//协议处理器执行初始化（在server.xml解析时创建protocolHandler）protocolHandler.init();} catch (Exception e) {throw new LifecycleException(sm.getString("coyoteConnector.protocolHandlerInitializationFailed"), e);}
}

2.5Catalina#start()

在这里插入图片描述

public void start(){//判断server是否为空，为空则执行初始化if (getServer() == null) {load();}//若server为空，说明未能正确配置server.xml或者server初始化时异常if (getServer() == null) {log.fatal("Cannot start server. Server instance is not configured.");return;}//此处省略部分代码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;}//此处忽略部分代码// 注册关闭钩子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);}}if (await) {//创建ServerSocker并监听端口await();//停止standardServer实例stop();}
}

上面主要是启动tomcat中各个组件、容器，这时候还需要创建等待关闭tomcat的ServerSocket以及它监听的端口，而await()方法的作用正是创建ServerSocket并等待接收关闭命令的。

@Override
public void await(){//该处省略部分代码...//创建ServerSocker并监听端口try {awaitSocket = new ServerSocket(port, 1,InetAddress.getByName(address));} catch (IOException e) {log.error("StandardServer.await: create[" + address+ ":" + port+ "]: ", e);return;}try {awaitThread = Thread.currentThread();// 循环等待有效连接和命令while (!stopAwait) {ServerSocket serverSocket = awaitSocket;if (serverSocket == null) {break;}// 等待下一个连接Socket socket = null;StringBuilder command = new StringBuilder();try {InputStream stream;long acceptStartTime = System.currentTimeMillis();try {socket = serverSocket.accept();socket.setSoTimeout(10 * 1000);  // Ten secondsstream = socket.getInputStream();} catch (SocketTimeoutException ste) {log.warn(sm.getString("standardServer.accept.timeout",Long.valueOf(System.currentTimeMillis() - acceptStartTime)), ste);continue;} catch (AccessControlException ace) {log.warn(sm.getString("standardServer.accept.security"), ace);continue;} catch (IOException e) {if (stopAwait) {break;}log.error(sm.getString("standardServer.accept.error"), e);break;}// 从套接字读取一组字符int expected = 1024; // Cut off to avoid DoS attackwhile (expected < shutdown.length()) {if (random == null)random = new Random();expected += (random.nextInt() % 1024);}while (expected > 0) {int ch = -1;try {ch = stream.read();} catch (IOException e) {log.warn(sm.getString("standardServer.accept.readError"), e);ch = -1;}// 若字符是控制字符或者EOF(-1)则终止循环if (ch < 32 || ch == 127) {break;}command.append((char) ch);expected--;}} finally {// 完成操作后关闭sockettry {if (socket != null) {socket.close();}} catch (IOException e) {// Ignore}}// 判断命令内容是否SHUTDOWNboolean match = command.toString().equals(shutdown);if (match) {log.info(sm.getString("standardServer.shutdownViaPort"));break;} elselog.warn(sm.getString("standardServer.invalidShutdownCommand", command.toString()));}} finally {ServerSocket serverSocket = awaitSocket;awaitThread = null;awaitSocket = null;// 关闭ServerScoketif (serverSocket != null) {try {serverSocket.close();} catch (IOException e) {}}}
}

结束

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