Tomcat与jetty

操作系统基础

Java 语言其实是对操作系统 API 的封装，上层应用包括 Web 容器都是通过操作系统来工作的，因此掌握相关的操作系统原理是我们深刻理解 Web 容器的基础。

对于 Web 容器来说，操作系统方面你应该掌握它的工作原理，比如什么是进程、什么是内核、什么是内核空间和用户空间、进程间通信的方式、进程和线程的区别、线程同步的方式、什么是虚拟内存、内存分配的过程、什么是 I/O、什么是 I/O 模型、阻塞与非阻塞的区别、同步与异步的区别、网络通信的原理、OSI 七层网络模型以及 TCP/IP、UDP 和 HTTP 协议。

总之一句话，基础扎实了，你学什么都快。关于操作系统的学习，我推荐你读一读《UNIX 环境高级编程》这本经典书籍。

Tomcat 的心脏是两个组件：Connector 和 Container

Connector 组件是可以被替换，这样可以提供给服务器设计者更多的选择，因为这个组件是如此重要，不仅跟服务器的设计的本身，而且和不同的应用场景也十分相关，所以一个 Container 可以选择对应多个 Connector。多个 Connector 和一个 Container 就形成了一个 Service，Service 的概念大家都很熟悉了，有了 Service 就可以对外提供服务了，但是 Service 还要一个生存的环境，必须要有人能够给她生命、掌握其生死大权，那就非 Server 莫属了。所以整个 Tomcat 的生命周期由 Server 控制。

我们将 Tomcat 中 Connector、Container 作为一个整体比作一对情侣的话，Connector 主要负责对外交流，可以比作为 Boy，Container 主要处理 Connector 接受的请求，主要是处理内部事务，可以比作为 Girl。那么这个 Service 就是连接这对男女的结婚证了。是 Service 将它们连接在一起，共同组成一个家庭。

Service 只是在 Connector 和 Container 外面多包一层，把它们组装在一起，向外面提供服务，一个 Service 可以设置多个 Connector，但是只能有一个 Container 容器。

从 Service 接口中定义的方法中可以看出，它主要是为了关联 Connector 和 Container，同时会初始化它下面的其它组件，注意接口中它并没有规定一定要控制它下面的组件的生命周期。所有组件的生命周期在一个 Lifecycle 的接口中控制，这里用到了一个重要的设计模式，关于这个接口将在后面介绍。

Tomcat 中 Service 接口的标准实现类是 StandardService 它不仅实现了 Service 接口同时还实现了 Lifecycle 接口，这样它就可以控制它下面的组件的生命周期了。

StandardService 中主要的几个方法实现的代码，下面是 setContainer 和 addConnector 方法的源码：
StandardService. SetContainer

public void setContainer(Container container) {
    Container oldContainer = this.container;
    if ((oldContainer != null) && (oldContainer instanceof Engine))
        ((Engine) oldContainer).setService(null);
    this.container = container;
    if ((this.container != null) && (this.container instanceof Engine))
        ((Engine) this.container).setService(this);
    if (started && (this.container != null) && (this.container instanceof Lifecycle)) {
        try {
            ((Lifecycle) this.container).start();
        } catch (LifecycleException e) {
            ;
        }
    }
    synchronized (connectors) {
        for (int i = 0; i < connectors.length; i++)
            connectors[i].setContainer(this.container);
    }
    if (started && (oldContainer != null) && (oldContainer instanceof Lifecycle)) {
        try {
            ((Lifecycle) oldContainer).stop();
        } catch (LifecycleException e) {
            ;
        }
    }
    support.firePropertyChange("container", oldContainer, this.container);
}

这段代码很简单，其实就是先判断当前的这个 Service 有没有已经关联了 Container，如果已经关联了，那么去掉这个关联关系—— oldContainer.setService(null)。如果这个 oldContainer 已经被启动了，结束它的生命周期。然后再替换新的关联、再初始化并开始这个新的 Container 的生命周期。最后将这个过程通知感兴趣的事件监听程序。这里值得注意的地方就是，修改 Container 时要将新的 Container 关联到每个 Connector，还好 Container 和 Connector 没有双向关联，不然这个关联关系将会很难维护。

StandardService. addConnector

public void addConnector(Connector connector) {
    synchronized (connectors) {
        connector.setContainer(this.container);
        connector.setService(this);
        Connector results[] = new Connector[connectors.length + 1];
        System.arraycopy(connectors, 0, results, 0, connectors.length);
        results[connectors.length] = connector;
        connectors = results;
        if (initialized) {
            try {
                connector.initialize();
            } catch (LifecycleException e) {
                e.printStackTrace(System.err);
            }
        }
        if (started && (connector instanceof Lifecycle)) {
            try {
                ((Lifecycle) connector).start();
            } catch (LifecycleException e) {
                ;
            }
        }
        support.firePropertyChange("connector", null, connector);
    }
}

上面是 addConnector 方法，这个方法也很简单，首先是设置关联关系，然后是初始化工作，开始新的生命周期。这里值得一提的是，注意 Connector 用的是数组而不是 List 集合，这个从性能角度考虑可以理解，有趣的是这里用了数组但是并没有向我们平常那样，一开始就分配一个固定大小的数组，它这里的实现机制是：重新创建一个当前大小的数组对象，然后将原来的数组对象 copy 到新的数组中，这种方式实现了类似的动态数组的功能，这种实现方式，值得我们以后拿来借鉴。

组件的生命线“Lifecycle”

前面一直在说 Service 和 Server 管理它下面组件的生命周期，那它们是如何管理的呢？

Tomcat 中组件的生命周期是通过 Lifecycle 接口来控制的，组件只要继承这个接口并实现其中的方法就可以统一被拥有它的组件控制了，这样一层一层的直到一个最高级的组件就可以控制 Tomcat 中所有组件的生命周期，这个最高的组件就是 Server，而控制 Server 的是 Startup，也就是您启动和关闭 Tomcat。

Lifecycle 接口的方法的实现都在其它组件中，就像前面中说的，组件的生命周期由包含它的父组件控制，所以它的 Start 方法自然就是调用它下面的组件的 Start 方法，Stop 方法也是一样。如在 Server 中 Start 方法就会调用 Service 组件的 Start 方法，Server 的 Start 方法代码如下：

StandardServer.Start

public void start() throws LifecycleException {
    if (started) {
        log.debug(sm.getString("standardServer.start.started"));
        return;
    }
    lifecycle.fireLifecycleEvent(BEFORE_START_EVENT, null);
    lifecycle.fireLifecycleEvent(START_EVENT, null);
    started = true;
    synchronized (services) {
        for (int i = 0; i < services.length; i++) {
            if (services[i] instanceof Lifecycle)
                ((Lifecycle) services[i]).start();
        }
    }
    lifecycle.fireLifecycleEvent(AFTER_START_EVENT, null);
}

监听的代码会包围 Service 组件的启动过程，就是简单的循环启动所有 Service 组件的 Start 方法，但是所有 Service 必须要实现 Lifecycle 接口，这样做会更加灵活。

Server 的 Stop 方法代码如下：
StandardServer.Stop

public void stop() throws LifecycleException {
    if (!started)
        return;
    lifecycle.fireLifecycleEvent(BEFORE_STOP_EVENT, null);
    lifecycle.fireLifecycleEvent(STOP_EVENT, null);
    started = false;
    for (int i = 0; i < services.length; i++) {
        if (services[i] instanceof Lifecycle)
            ((Lifecycle) services[i]).stop();
    }
    lifecycle.fireLifecycleEvent(AFTER_STOP_EVENT, null);
}

Connector 组件

Connector 组件是 Tomcat 中两个核心组件之一，它的主要任务是负责接收浏览器的发过来的 tcp 连接请求，创建一个 Request 和 Response 对象分别用于和请求端交换数据，然后会产生一个线程来处理这个请求并把产生的 Request 和 Response 对象传给处理这个请求的线程，处理这个请求的线程就是 Container 组件要做的事了。

Connector 最重要的功能就是接收连接请求然后分配线程让 Container 来处理这个请求，所以这必然是多线程的，多线程的处理是 Connector 设计的核心。

看一下 HttpConnector 的 Start 方法：
HttpConnector.Start

public void start() throws LifecycleException {
    if (started)
        throw new LifecycleException
            (sm.getString("httpConnector.alreadyStarted"));
    threadName = "HttpConnector[" + port + "]";
    lifecycle.fireLifecycleEvent(START_EVENT, null);
    started = true;
    threadStart();
    while (curProcessors < minProcessors) {
        if ((maxProcessors > 0) && (curProcessors >= maxProcessors))
            break;
        HttpProcessor processor = newProcessor();
        recycle(processor);
    }
}

threadStart() 执行就会进入等待请求的状态，直到一个新的请求到来才会激活它继续执行，这个激活是在 HttpProcessor 的 assign 方法中，这个方法是代码如下 ：
HttpProcessor.assign

synchronized void assign(Socket socket) {
    while (available) {
        try {
            wait();
        } catch (InterruptedException e) {
        }
    }
    this.socket = socket;
    available = true;
    notifyAll();
    if ((debug >= 1) && (socket != null))
        log(" An incoming request is being assigned");
}

创建 HttpProcessor 对象是会把 available 设为 false，所以当请求到来时不会进入 while 循环，将请求的 socket 赋给当期处理的 socket，并将 available 设为 true，当 available 设为 true 是 HttpProcessor 的 run 方法将被激活，接下去将会处理这次请求。
Run 方法代码如下：
HttpProcessor.Run

public void run() {
    while (!stopped) {
        Socket socket = await();
        if (socket == null)
            continue;
        try {
            process(socket);
        } catch (Throwable t) {
            log("process.invoke", t);
        }
        connector.recycle(this);
    }
    synchronized (threadSync) {
        threadSync.notifyAll();
    }
}

解析 socket 的过程在 process 方法中，process 方法的代码片段如下：
HttpProcessor.process

private void process(Socket socket) {
    boolean ok = true;
    boolean finishResponse = true;
    SocketInputStream input = null;
    OutputStream output = null;
    try {
        input = new SocketInputStream(socket.getInputStream(),connector.getBufferSize());
    } catch (Exception e) {
        log("process.create", e);
        ok = false;
    }
    keepAlive = true;
    while (!stopped && ok && keepAlive) {
        finishResponse = true;
        try {
            request.setStream(input);
            request.setResponse(response);
            output = socket.getOutputStream();
            response.setStream(output);
            response.setRequest(request);
            ((HttpServletResponse) response.getResponse())
                .setHeader("Server", SERVER_INFO);
        } catch (Exception e) {
            log("process.create", e);
            ok = false;
        }
        try {
            if (ok) {
                parseConnection(socket);
                parseRequest(input, output);
                if (!request.getRequest().getProtocol().startsWith("HTTP/0"))
                    parseHeaders(input);
                if (http11) {
                    ackRequest(output);
                    if (connector.isChunkingAllowed())
                        response.setAllowChunking(true);
                }
            }
        。。。。。。
        try {
            ((HttpServletResponse) response).setHeader
                ("Date", FastHttpDateFormat.getCurrentDate());
            if (ok) {
                connector.getContainer().invoke(request, response);
            }
            。。。。。。
        }
        try {
            shutdownInput(input);
            socket.close();
        } catch (IOException e) {
            ;
        } catch (Throwable e) {
            log("process.invoke", e);
        }
    socket = null;
}

当 Connector 将 socket 连接封装成 request 和 response 对象后接下来的事情就交给 Container 来处理了。

Servlet 容器“Container”

Container 是容器的父接口，所有子容器都必须实现这个接口，Container 容器的设计用的是典型的责任链的设计模式，它有四个子容器组件构成，分别是：Engine、Host、Context、Wrapper，这四个组件不是平行的，而是父子关系，Engine 包含 Host,Host 包含 Context，Context 包含 Wrapper。通常一个 Servlet class 对应一个 Wrapper，如果有多个 Servlet 就可以定义多个 Wrapper，如果有多个 Wrapper 就要定义一个更高的 Container 了，如 Context，Context 通常就是对应下面这个配置：

Server.xml

<Context
    path="/library"
    docBase="D:\projects\library\deploy\target\library.war"
    reloadable="true"
/>