Tomcat是如何启动及运行—对tomcat的源码解析

本文是我阅读了Tomcat源码后的一些心得。主要是讲解Tomcat的系统框架，启动流程已经运行过程。若有错漏之处，敬请批评指教。

先给出几个问题：

tomcat作为一个应用服务器的程序入口在哪里？

tomcat的整体组件结构是什么样的？

tomcat是什么时候及如何创建线程来处理请求的？

tomcat的配置文件context.xml,server.xml,tomcat-users.xml,web.xml什么时候加载的及作用是什么？

最后，tomcat是如何启动运行的？

我通过源码来分析这些问题。

tomcat作为最常见的应用服务器，对ServerSocket、Socket封装使用TCP链接达到通信的目的，我从它的程序入口开始跟踪代码，看它是如何启动的。

Tomcat组件有Server，Service，Container，Connector，Engine，Host，Context，ProtocolHandler，EndPoint等

Server：一个Server元素代表一整个CatalinaServlet容器，也就是说Server是最顶级的容器，它包含一个或多个Service，这个在后面我们可以看到；

Service：由一个或者多个Connector组成，以及一个Engine，负责处理所有Connector所获得的客户请求；

Connector：连接器，一个Connector将在某个指定端口上侦听客户请求，并将获得的请求交给Engine来处理，从Engine处获得回应并返回客户；

Engine：当Engine获得一个请求时，它把该请求匹配到某个Host上，然后把该请求交给该Host来处理;

Host：当Host获得一个请求时，将把该请求匹配到某个Context上，然后把该请求交给该Context来处理；

Context：一个Context对应于一个WebApplication，一个WebApplication由一个或者多个Servlet组成（这个就是我们熟悉的上下文对象了）；

Container：是Engine，Host，Context的父类或父接口，这里使用了Composite组合模式，调用它们的start()方法时都会调用父类的此方法；

ProtocolHandler：协议处理器，连接器持有用来控制网络端口监听组件运行；

EndPoint：负责监控网络端口的组件，启动一个ServerSocket,不间断监听来自客户端的请求。

当我们启动Tomcat时：程序会找到Bootstrap的main()方法，同时把args置为["start"]:

然后程序会执行init()方法，设置tomcat运行的环境，初始化类加载器，创建Catalina对象：

接下来程序会执行load()和start()方法，这是tomcat启动过程中最重要的两个过程，load()其实是初始化一系列的组件，上面所列的组件都会进行初始化，包括加载配置文件都是在这个过程中实现的；而start()方法就是启动这一系列的组件，当所有组件都启动后，tomcat也就启动完成了。

从这里看，Tomcat启动过程可以简化为3个步骤：

1）Bootstrap的init()方法，其实就是设置运行环境和初始化类加载器；

2）Bootstrap的load()方法，加载相关配置文件，初始化几个主要的顶层组件实例，也就是服务器初始化。

3）启动那些有生命周期的组件，监听用户请求，也就是启动服务器。

load()方法其实是通过反射来执行Catalina的load()方法，Catalina的load()方法主要作用：

initDirs()方法初始化tomcat的安装路径；

createStartDigester()方法解析xml文件；

getServer().initialize()方法初始化Server组件。

接下来我们看一下server.xml里面的信息到底是什么？为什么能创建server对象呢？

这个就是server.xml的内容，我们可以清晰的看到server下面包含service，service下面包含connector，connector下面包含engine，host和context，这些就是我们上面所说的tomcat的组件，他们的对应关系也是这样层层包含的关系。

接下来看看Server真正的初始化过程：StandardServer的initialize():

StandardService的initialize()：

初始化connector，Connector的initialize()：

初始化协议，Http11Protocol的init()：

Endpoint的初始化，Endpoint的init()：

根据上面的server.xml,connector有两个，所以会初始化两个connector，ProtocolHandler和endpoint;

初始化的流程：

所以我们可以知道Bootstrap#load()—>Catalina#load()—>StandardServer#load()—>StandardService#initialize()—>Connector#initialize()—>Http11Protocol#init()—>Endpoint#init()

至此，tomcat的初始化全部完成。

接下来开始启动tomcat服务器：

回到Bootstrap来，Bootstrap的start()方法通过反射来调用Catalina方法的start()方法

来看看Catalina的start()：

StandardServer的start()：

下面就看看StandardService对象的start方法：

首先启动Container容器，在server.xml中我们知道Container中含有Engine，Host，Context，所以这里会启动这三个容器，Service中的这个Container是Engine，所以首先会启动Engine，Engine中有Host和Context，它们又都属于Container，所以，这里充分的利用了组合模式，这个过程中会创建background后台守护线程，周期性的检查Session是否超时

然后启动执行器executors，这里executors一般为null

最后启动所有的Connector，这个过程会启动两组ProtocolHandler和Endpoint，这个过程是很重要的一个过程，会创建所有的请求线程池，首先先创建一个Acceptor线程来监听当前线程是否够用，若不够用则会创建线程池用来处理http请求；另外一组ProtocolHandler和Endpoint是用来处理apj请求，会创建TP-Monitor和TP-Processor线程池

StandardService下的容器有Container，这个Container其实就是Engine，Engine下的容器有Host，Host下的容器有Context。

每个容器下都有Pipeline、Value、Realm等等配置。

接下来就看看如何启动这些各个容器的:

父类的start()方法：每个container子类都会调用，根据当前对象读取不同的children，然后递归调用children的start()方法

启动background后台守护线程，周期性的检查Session是否超时：

此时我们可以清楚的看到background线程已经启动

所有的container启动完毕后，接下来回到StandardService的start()来：接下来执行Connector的start()：

Http11Protocol的start():委托给JioEndpoint调用start()方法，真正跟serverSocket有关的都在endpoint中执行

JIoEndpoint的start()：启动endpoint实际上是启动一个acceptor线程，这个线程很重要，在这个线程里面判断当前的http线程是否足够，若不够则从线程池中创建线程来处理http请求，所以，就是在这里创建的线程来处理请求的

接下来我们看看Accptor类的run()方法中究竟写了什么：

到这里，我们就创建了acceptor线程和http线程池了。

接下来处理另外一个connector：这里用的协议处理器是JkCoyoteHandler，JkCoyoteHandler的start()：

启动jkMain：

最后，在channelSocket的init()方法中启动TP-Monitor和TP-Processor线程池：

此时，我们可以看到TP-Monitor和TP-Processor线程已经启动：

所以我们可以知道tomcat容器的启动过程：

Bootstrap#start()—>Catalina#start()—>StandardServer#start()—>StandardService#start()—>Connector#start()—>Http11Protocol#start()—>Endpoint#init()—>acceptorThread.start()启动请求线程池

StandardService#start()—>StandardEngine#start()—>ContainerBase#start()—>StandardHost#start()—>ContainerBase#start()—>StandardContext#start()—>ContainerBase#start()（启动守护线程）

至此，tomcat的初始化全部完成。