springboot 就像一条巨蟒，慢慢缠绕着我们，使我们麻痹。不得不承认，使用了 springboot 确实提高了工作效率，但同时也让我们遗忘了很多技能。刚入社会的时候，我还是通过 tomcat 手动部署 javaweb 项目，还经常对 tomcat 进行性能调优。除此之外，还需要自己理清楚各 jar 之间的关系，以避免 jar 丢失和各版本冲突导致服务启动异常的问题。到如今，这些繁琐而又重复的工作已经统统交给 springboot 处理，我们可以把更多的精力放在业务逻辑上。但是，清楚 tomcat 的工作原理和处理请求流程和分析 spring 框架源码一样的重要。至少面试官特别喜欢问这些底层原理和设计思路。希望这篇文章能给你一些帮助。
tomcat 整体架构
tomcat 是一个免费的、开源的、轻量级的 web 应用服务器。适合在并发量不是很高的中小企业项目中使用。
文件目录结构
以下是 tomcat 8 主要目录结构
| 目录 | 功能说明 |
|---|---|
| bin | 存放可执行的文件，如 startup 和 shutdown |
| conf | 存放配置文件，如核心配置文件 server.xml 和应用默认的部署描述文件 web.xml |
| lib | 存放 tomcat 运行需要的jar包 |
| logs | 存放运行的日志文件 |
| webapps | 存放默认的 web 应用部署目录 |
| work | 存放 web 应用代码生成和编译文件的临时目录 |
功能组件结构
tomcat 的核心功能有两个，分别是负责接收和反馈外部请求的连接器 connector，和负责处理请求的容器 container。其中连接器和容器相辅相成，一起构成了基本的 web 服务 service。每个 tomcat 服务器可以管理多个 service。
| 组件 | 功能 |
|---|---|
| connector | 负责对外接收反馈请求。它是 tomcat 与外界的交通枢纽，监听端口接收外界请求，并将请求处理后传递给容器做业务处理，最后将容器处理后的结果反馈给外界。 |
| container | 负责对内处理业务逻辑。其内部由engine、host、context 和 wrapper 四个容器组成，用于管理和调用 servlet 相关逻辑。 |
| service | 对外提供的 web 服务。主要包含连接器和容器两个核心组件，以及其他功能组件。tomcat 可以管理多个 service，且各 service 之间相互独立。 |
tomcat 连接器核心原理
tomcat 连接器框架——coyote
连接器核心功能
一、监听网络端口，接收和响应网络请求。
二、网络字节流处理。将收到的网络字节流转换成 tomcat request 再转成标准的 servletrequest 给容器，同时将容器传来的 servletresponse 转成 tomcat response 再转成网络字节流。
连接器模块设计
为满足连接器的两个核心功能，我们需要一个通讯端点来监听端口；需要一个处理器来处理网络字节流；最后还需要一个适配器将处理后的结果转成容器需要的结构。
| 组件 | 功能 |
|---|---|
| endpoint | 端点，用来处理 socket 接收和发送的逻辑。其内部由 acceptor 监听请求、handler 处理数据、asynctimeout 检查请求超时。具体的实现有 nioendpoint、aprendpoint 等。 |
| processor | 处理器，负责构建 tomcat request 和 response 对象。具体的实现有 http11processor、streamprocessor 等。 |
| adapter | 适配器，实现 tomcat request、response 与 servletrequest、servletresponse之间的相互转换。这采用的是经典的适配器设计模式。 |
| protocolhandler | 协议处理器，将不同的协议和通讯方式组合封装成对应的协议处理器，如 http11nioprotocol 封装的是 http + nio。 |
对应的源码包路径 org.apache.coyote 。对应的结构图如下
tomcat 容器核心原理
tomcat 容器框架——catalina
容器结构分析
每个 service 会包含一个容器。容器由一个引擎可以管理多个虚拟主机。每个虚拟主机可以管理多个 web 应用。每个 web 应用会有多个 servlet 包装器。engine、host、context 和 wrapper，四个容器之间属于父子关系。
| 容器 | 功能 |
|---|---|
| engine | 引擎，管理多个虚拟主机。 |
| host | 虚拟主机，负责 web 应用的部署。 |
| context | web 应用，包含多个 servlet 封装器。 |
| wrapper | 封装器，容器的最底层。对 servlet 进行封装，负责实例的创建、执行和销毁功能。 |
对应的源码包路径 org.apache.coyote 。对应的结构图如下
容器请求处理
容器的请求处理过程就是在 engine、host、context 和 wrapper 这四个容器之间层层调用，最后在 servlet 中执行对应的业务逻辑。各容器都会有一个通道 pipeline，每个通道上都会有一个 basic valve（如standardenginevalve）， 类似一个闸门用来处理 request 和 response 。其流程图如下。
tomcat 请求处理流程
上面的知识点已经零零碎碎地介绍了一个 tomcat 是如何处理一个请求。简单理解就是连接器的处理流程 + 容器的处理流程 = tomcat 处理流程。哈！那么问题来了，tomcat 是如何通过请求路径找到对应的虚拟站点？是如何找到对应的 servlet 呢？
映射器功能介绍
这里需要引入一个上面没有介绍的组件 mapper。顾名思义，其作用是提供请求路径的路由映射。根据请求url地址匹配是由哪个容器来处理。其中每个容器都会它自己对应的mapper，如 mappedhost。不知道大家有没有回忆起被 mapper class not found 支配的恐惧。在以前，每写一个完整的功能，都需要在 web.xml 配置映射规则，当文件越来越庞大的时候，各个问题随着也会出现
http请求流程
打开 tomcat/conf 目录下的 server.xml 文件来分析一个http://localhost:8080/docs/api 请求。
第一步：连接器监听的端口是8080。由于请求的端口和监听的端口一致，连接器接受了该请求。
第二步：因为引擎的默认虚拟主机是 localhost，并且虚拟主机的目录是webapps。所以请求找到了 tomcat/webapps 目录。
第三步：解析的 docs 是 web 程序的应用名，也就是 context。此时请求继续从 webapps 目录下找 docs 目录。有的时候我们也会把应用名省略。
第四步：解析的 api 是具体的业务逻辑地址。此时需要从 docs/web-inf/web.xml 中找映射关系，最后调用具体的函数。
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<?xml version="1.0" encoding="utf-8"?><server port="8005" shutdown="shutdown"> <service name="catalina"> <!-- 连接器监听端口是 8080，默认通讯协议是 http/1.1 --> <connector port="8080" protocol="http/1.1" connectiontimeout="20000" redirectport="8443" /> <!-- 名字为 catalina 的引擎，其默认的虚拟主机是 localhost --> <engine name="catalina" defaulthost="localhost"> <!-- 名字为 localhost 的虚拟主机，其目录是 webapps--> <host name="localhost" appbase="webapps" unpackwars="true" autodeploy="true"> </host> </engine> </service></server> |
springboot 如何启动内嵌的 tomcat
springboot 一键启动服务的功能，让有很多刚入社会的朋友都忘记 tomcat 是啥。随着硬件的性能越来越高，普通中小项目都可以直接用内置 tomcat 启动。但是有些大一点的项目可能会用到 tomcat 集群和调优，内置的 tomcat 就不一定能满足需求了。
我们先从源码中分析 springboot 是如何启动 tomcat，以下是 springboot 2.x 的代码。
代码从 main 方法开始，执行 run 方法启动项目。
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springapplication.run |
从 run 方法点进去，找到刷新应用上下文的方法。
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this.preparecontext(context, environment, listeners, applicationarguments, printedbanner);this.refreshcontext(context);this.afterrefresh(context, applicationarguments); |
从 refreshcontext 方法点进去，找 refresh 方法。并一层层往上找其父类的方法。
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this.refresh(context); |
在 abstractapplicationcontext 类的 refresh 方法中，有一行调用子容器刷新的逻辑。
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this.postprocessbeanfactory(beanfactory);this.invokebeanfactorypostprocessors(beanfactory);this.registerbeanpostprocessors(beanfactory);this.initmessagesource();this.initapplicationeventmulticaster();this.onrefresh();this.registerlisteners();this.finishbeanfactoryinitialization(beanfactory);this.finishrefresh(); |
从 onrefresh 方法点进去，找到 servletwebserverapplicationcontext 的实现方法。在这里终于看到了希望。
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protected void onrefresh() { super.onrefresh(); try { this.createwebserver(); } catch (throwable var2) { throw new applicationcontextexception("unable to start web server", var2); }} |
从 createwebserver 方法点进去，找到从工厂类中获取 webserver的代码。
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if (webserver == null && servletcontext == null) { servletwebserverfactory factory = this.getwebserverfactory(); // 获取 web server this.webserver = factory.getwebserver(new servletcontextinitializer[]{this.getselfinitializer()});} else if (servletcontext != null) { try { // 启动 web server this.getselfinitializer().onstartup(servletcontext); } catch (servletexception var4) { throw new applicationcontextexception("cannot initialize servlet context", var4); }} |
从 getwebserver 方法点进去，找到 tomcatservletwebserverfactory 的实现方法，与之对应的还有 jetty 和 undertow。这里配置了基本的连接器、引擎、虚拟站点等配置。
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public webserver getwebserver(servletcontextinitializer... initializers) { tomcat tomcat = new tomcat(); file basedir = this.basedirectory != null ? this.basedirectory : this.createtempdir("tomcat"); tomcat.setbasedir(basedir.getabsolutepath()); connector connector = new connector(this.protocol); tomcat.getservice().addconnector(connector); this.customizeconnector(connector); tomcat.setconnector(connector); tomcat.gethost().setautodeploy(false); this.configureengine(tomcat.getengine()); iterator var5 = this.additionaltomcatconnectors.iterator(); while(var5.hasnext()) { connector additionalconnector = (connector)var5.next(); tomcat.getservice().addconnector(additionalconnector); } this.preparecontext(tomcat.gethost(), initializers); return this.gettomcatwebserver(tomcat);} |
服务启动后会打印日志
o.s.b.w.embedded.tomcat.tomcatwebserver : tomcat initialized with port(s): 8900 (http)
o.apache.catalina.core.standardservice : starting service [tomcat]
org.apache.catalina.core.standardengine : starting servlet engine: apache tomcat/8.5.34
o.a.catalina.core.aprlifecyclelistener : the apr based apache tomcat native library which allows optimal ...
o.a.c.c.c.[tomcat].[localhost].[/] : initializing spring embedded webapplicationcontext
o.s.web.context.contextloader : root webapplicationcontext: initialization completed in 16858 ms
end
文章到这里就结束了，实在是 hold 不住了，周末写了一整天还没有写到源码部分，只能放在下一章了。再写真的就要废了，有什么不对的地方请多多指出
以上就是tomcat的工作原理是怎样的的详细内容，更多关于tomcat 工作原理的资料请关注服务器之家其它相关文章！
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