tomcat架构分析(容器类)

出处：http://gearever.iteye.com 

 

Tomcat提供了engine，host，context及wrapper四种容器。在总体结构中已经阐述了他们之间的包含关系。这四种容器继承了一个容器基类，因此可以定制化。当然，tomcat也提供了标准实现。

• Engine：org.apache.catalina.core.StandardEngine
• Host： org.apache.catalina.core.StandardHost
• Context：org.apache.catalina.core.StandardContext
• Wrapper：org.apache.catalina.core.StandardWrapper

所谓容器，就是说它承载了若干逻辑单元及运行时数据。好比，整个酒店是一个容器，它包含了各个楼层等设施；每个楼层也是容器，它包含了各个房间；每个房间也是容器，它包含了各种家电等等。
首先来看一下容器类的类结构。

基类ContainerBase
ContainerBase是个abstract基类。其类路径为:

org.apache.catalina.core.ContainerBase

这里只列出一些比较核心功能的组件及方法。需要注意的是，类中的方法及属性很多，限于篇幅不全部列出来了。
Enigne
Engine是最顶层的容器，它是host容器的组合。其标准实现类为：

org.apache.catalina.core.StandardEngine

看一下StandardEngine的主要逻辑单元概念图。

从图中可以看出，engine有四大组件：

• Cluster: 实现tomcat集群，例如session共享等功能，通过配置server.xml可以实现，对其包含的所有host里的应用有效，该模块是可选的。其实现方式是基于pipeline+valve模式的，有时间会专门整理一个pipeline+valve模式应用系列；
• Realm：实现用户权限管理模块，例如用户登录，访问控制等，通过通过配置server.xml可以实现，对其包含的所有host里的应用有效，该模块是可选的；
• Pipeline：这里简单介绍下，之后会有专门文档说明。每个容器对象都有一个pipeline，它不是通过server.xml配置产生的，是必须有的。它就是容器对象实现逻辑操作的骨架，在pipeline上配置不同的valve，当需要调用此容器实现逻辑时，就会按照顺序将此pipeline上的所有valve调用一遍，这里可以参考责任链模式；
• Valve：实现具体业务逻辑单元。可以定制化valve（实现特定接口），然后配置在server.xml里。对其包含的所有host里的应用有效。定制化的valve是可选的，但是每个容器有一个缺省的valve，例如engine的StandardEngineValve，是在StandardEngine里自带的，它主要实现了对其子host对象的StandardHostValve的调用，以此类推。

配置的例子有：

<Engine name="Catalina" defaultHost="localhost">   
  <Valve className="MyValve0"/>   
  <Valve className="MyValve1"/>   
  <Valve className="MyValve2"/>   
  ……   
  <Host name="localhost" appBase="webapps"> 
  </Host>
</Engine>

需要注意的是,运行环境中，pipeline上的valve数组按照配置的顺序加载，但是无论有无配置定制化的valve或有多少定制化的valve，每个容器缺省的valve，例如engine的StandardEngineValve，都会在数组中最后一个。
Host
Host是engine的子容器，它是context容器的集合。其标准实现类为：

org.apache.catalina.core.StandardHost

StandardHost的核心模块与StandardEngine差不多。只是作用域不一样，它的模块只对其包含的子context有效。除此，还有一些特殊的逻辑，例如context的部署。Context的部署还是比较多的，主要分为：

• War部署
• 文件夹部署
• 配置部署等

有时间单独再说吧。照例贴个核心模块概念图。

Context
Context是host的子容器，它是wrapper容器的集合。其标准实现类为：

org.apache.catalina.core.StandardContext

应该说StandardContext是tomcat中最大的一个类。它封装的是每个web app。
看一下StandardContext的主要逻辑单元概念图。

Pipeline,valve,realm与上面容器一样，只是作用域不一样，不多说了。

• Manager: 它主要是应用的session管理模块。其主要功能是session的创建，session的维护，session的持久化(persistence)，以及跨context的session的管理等。Manager模块可以定制化，tomcat也给出了一个标准实现;

org.apache.catalina.session.StandardManager

manager模块是必须要有的，可以在server.xml中配置，如果没有配置的话，会在程序里生成一个manager对象。

• Resources: 它是每个web app对应的部署结构的封装，比如，有的app是tomcat的webapps目录下的某个子目录或是在context节点配置的其他目录，或者是war文件部署的结构等。它对于每个web app是必须的。
• Loader：它是对每个web app的自有的classloader的封装。具体内容涉及到tomcat的classloader体系，会在一篇文档中单独说明。Tomcat正是有一套完整的classloader体系，才能保证每个web app或是独立运营，或是共享某些对象等等。它对于每个web app是必须的。
• Mapper：它封装了请求资源URI与每个相对应的处理wrapper容器的映射关系。

以某个web app的自有的web.xml配置为例；

<servlet>
  <servlet-name>httpserver</servlet-name>
  <servlet-class>com.gearever.servlet.TestServlet</servlet-class>
</servlet>
 
<servlet-mapping>
  <servlet-name>httpserver</servlet-name>
  <url-pattern>/*.do</url-pattern>
</servlet-mapping>

对于mapper对象，可以抽象的理解成一个map结构，其key是某个访问资源，例如/*.do，那么其value就是封装了处理这个资源TestServlet的某个wrapper对象。当访问/*.do资源时，TestServlet就会在mapper对象中定位到。这里需要特别说明的是，通过这个mapper对象定位特定的wrapper对象的方式，只有一种情况，那就是在servlet或jsp中通过forward方式访问资源时用到。例如，

request.getRequestDispatcher(url).forward(request, response)

关于mapper机制会在一篇文档中专门说明，这里简单介绍一下，方便理解。如图所示。

Mapper对象在tomcat中存在于两个地方（注意，不是说只有两个mapper对象存在），其一，是每个context容器对象中，它只记录了此context内部的访问资源与相对应的wrapper子容器的映射；其二，是connector模块中，这是tomcat全局的变量，它记录了一个完整的映射对应关系，即根据访问的完整URL如何定位到哪个host下的哪个context的哪个wrapper容器。
这样，通过上面说的forward方式访问资源会用到第一种mapper，除此之外，其他的任何方式，都是通过第二种方式的mapper定位到wrapper来处理的。也就是说，forward是服务器内部的重定向，不需要经过网络接口，因此只需要通过内存中的处理就能完成。这也就是常说的forward与sendRedirect方式重定向区别的根本所在。
看一下request.getRequestDispatcher(url) 方法的源码。

public RequestDispatcher getRequestDispatcher(String path) { 

  // Validate the path argument 
  if (path == null) 
    return (null); 
  if (!path.startsWith("/")) 
    throw new IllegalArgumentException 
     (sm.getString 
        ("applicationContext.requestDispatcher.iae", path)); 

  // Get query string 
  String queryString = null; 
  int pos = path.indexOf('?'); 
  if (pos >= 0) { 
    queryString = path.substring(pos + 1); 
    path = path.substring(0, pos); 
  } 

  path = normalize(path); 
  if (path == null) 
    return (null); 

  pos = path.length(); 

  // Use the thread local URI and mapping data 
  DispatchData dd = dispatchData.get(); 
  if (dd == null) { 
    dd = new DispatchData(); 
    dispatchData.set(dd); 
  } 

  MessageBytes uriMB = dd.uriMB; 
  uriMB.recycle(); 

  // Use the thread local mapping data 
  MappingData mappingData = dd.mappingData; 

  // Map the URI 
  CharChunk uriCC = uriMB.getCharChunk(); 
  try { 
    uriCC.append(context.getPath(), 0, context.getPath().length()); 
  /* 
  * Ignore any trailing path params (separated by ';') for mapping 
  * purposes 
  */ 
    int semicolon = path.indexOf(';'); 
      if (pos >= 0 && semicolon > pos) { 
      semicolon = -1; 
    } 
    uriCC.append(path, 0, semicolon > 0 ? semicolon : pos); 
    context.getMapper().map(uriMB, mappingData); 
    if (mappingData.wrapper == null) { 
      return (null); 
    } 
    /* 
    * Append any trailing path params (separated by ';') that were 
    * ignored for mapping purposes, so that they're reflected in the 
    * RequestDispatcher's requestURI 
    */ 
    if (semicolon > 0) { 
      uriCC.append(path, semicolon, pos - semicolon); 
    } 
  } catch (Exception e) { 
   // Should never happen 
   log(sm.getString("applicationContext.mapping.error"), e); 
   return (null); 
  } 

  Wrapper wrapper = (Wrapper) mappingData.wrapper; 
  String wrapperPath = mappingData.wrapperPath.toString(); 
  String pathInfo = mappingData.pathInfo.toString(); 

  mappingData.recycle(); 

  // Construct a RequestDispatcher to process this request 
  return new ApplicationDispatcher 
      (wrapper, uriCC.toString(), wrapperPath, pathInfo, 
          queryString, null); 

}

红色部分标记了从context的mapper对象中定位wrapper子容器，然后封装在一个dispatcher对象内并返回。通过上面的阐述，也说明了为什么forward方法不能跨context访问资源了。

Wrapper
Wrapper是context的子容器，它封装的处理资源的每个具体的servlet。其标准实现类为：

org.apache.catalina.core.StandardWrapper

应该说StandardWrapper是tomcat中比较重要的一个类。初认识它时，比较容易混淆。
先看一下StandardWrapper的主要逻辑单元概念图。

Pipeline,valve与上面容器一样，只是作用域不一样，不多说了。
主要说说servlet对象与servlet stack对象。这两个对象在wrapper容器中只存在其中之一，也就是说只有其中一个不为空。当以servlet对象存在时，说明此servlet是支持多线程并发访问的，也就是说不存在线程同步的过程，此wrapper容器中只包含一个servlet对象（这是我们常用的模式）；当以servlet stack对象存在时，说明servlet是不支持多线程并发访问的，每个servlet对象任一时刻只有一个线程可以调用，这样servlet stack实现的就是个简易的线程池，此wrapper容器中只包含一组servlet对象，它的基本原型是worker thread模式实现的。
那么，怎么来决定是以servlet对象方式存储还是servlet stack方式存储呢？其实，只要在开发servlet类时，实现一个SingleThreadModel接口即可。
如果需要线程同步的servlet类，例如：

public class LoginServlet extends HttpServlet implements javax.servlet.SingleThreadModel{ …… }

但是值得注意的是，这种同步机制只是从servlet规范的角度来说提供的一种功能，在实际应用中并不能完全解决线程安全问题，例如如果servlet中有static数据访问等，因此如果对线程安全又比较严格要求的，最好还是用一些其他的自定义的解决方案。

Wrapper的基本功能已经说了。那么再说一个wrapper比较重要的概念。严格的说，并不是每一个访问资源对应一个wrapper对象。而是每一种访问资源对应一个wrapper对象。其大致可分为三种：

• 处理静态资源的一个wrapper：例如html，jpg等静态资源的wrapper，它包含了一个tomcat的实现处理静态资源的缺省servlet：

 

org.apache.catalina.servlets.DefaultServlet

 

• 处理jsp的一个wrapper：例如访问的所有jsp文件，它包含了一个tomcat的实现处理jsp的缺省servlet:

 

org.apache.jasper.servlet.JspServlet

它主要实现了对jsp的编译等操作

• 处理servlet的若干wrapper：它包含了自定义的servlet对象，就是在web.xml中配置的servlet。

需要注意的是，前两种wrapper分别是一个，主要是其对应的是DefaultServlet及JspServlet。这两个servlet是在tomcat的全局conf目录下的web.xml中配置的，当app启动时，加载到内存中。

<servlet>
  <servlet-name>default</servlet-name>
  <servlet-class>org.apache.catalina.servlets.DefaultServlet</servlet-class>
  <init-param>
    <param-name>debug</param-name>
    <param-value>0</param-value>
  </init-param>
  <init-param>
    <param-name>listings</param-name>
    <param-value>false</param-value>
  </init-param>
  <load-on-startup>1</load-on-startup>
</servlet>
 
<servlet>
  <servlet-name>jsp</servlet-name>
  <servlet-class>org.apache.jasper.servlet.JspServlet</servlet-class>
  <init-param>
    <param-name>fork</param-name>
    <param-value>false</param-value>
  </init-param>
  <init-param>
    <param-name>xpoweredBy</param-name>
    <param-value>false</param-value>
  </init-param>
  <load-on-startup>3</load-on-startup>
</servlet>

至此，阐述了tomcat的四大容器结构。 有时间接着探讨tomcat如何将这四大容器串起来运作的。