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詳解從源碼分析tomcat如何調用Servlet的初始化

引言

上一篇博客我們將tomcat源碼在本地成功運行了，所以在本篇博客中我們從源碼層面分析，tomcat在啟動的過程中，是如何初始化servlet容器的。我們平常都是將我們的服務部署到 tomcat中，然后修改一下配置文件，啟動就可以對外提供服務了，但是我們對于其中的一些流程并不是非常的了解，例如如何加載的web.xml等。這是我們分析servlet 和 sringMVC必不可少的過程。

注釋源碼地址：https://github.com/good-jack/tomcat_source/tree/master

一、代碼啟動tomcat

平常我們不論是Windows還是linux，我們都是通過腳本來啟動tomcat，這對于我們分析源碼不是很友好，所以我們需要通過代碼啟動，啟動代碼如下：

Tomcat tomcat = new Tomcat();
        tomcat.setPort(8080);
        //new 出各層容器，并且維護各層容器的關系
        tomcat.addWebapp("/","/");
        tomcat.start();
        //阻塞監聽端口
        tomcat.getServer().await();

啟動代碼還是非常非常簡單，從代碼中我們就可以看出，我們本篇博客主要分析的就是 addWebapp()方法和start()方法，通過這兩個方法我們就可以找到servlet容器是在什么時候被初始化的。

二、tomcat框架

在我們進行分析上面兩個方法之前，我們先總結一下tomcat的基礎框架，其實從我們非常熟悉的 server.xml配置文件中就可以知道，tomcat就是一系列父子容器組成：

Server ---> Service --> Connector Engine addChild---> context(servlet容器) ，這就是我們從配置文件中分析出來的幾個容器，tomcat啟動時候就是逐層啟動容器。

三、創建容器（addWebapp()）

3.1 方法調用流程圖

上面的流程圖就是，從源碼中逐步分析出來的幾個重要的方法，這對于我們分析源碼非常有幫助。

3.2 源碼分析

1）通過反射獲得configContext監聽器

方法路徑：package org.apache.catalina.startup.Tomcat.addWebapp(Host host, String contextPath, String docBase);

 
    public Context  addWebapp(Host host, String contextPath, String docBase) {
        //通過反射獲得一個監聽器  ContextConfig,
        //通過反射得到的一定是LifecycleListener的一個實現類，進入getConfigClass得到實現類（org.apache.catalina.startup.ContextConfig）
        LifecycleListener listener = null;
        try {
            Class<?> clazz = Class.forName(getHost().getConfigClass());
            listener = (LifecycleListener) clazz.getConstructor().newInstance();
        } catch (ReflectiveOperationException e) {
            // Wrap in IAE since we can't easily change the method signature to
            // to throw the specific checked exceptions
            throw new IllegalArgumentException(e);
        }
 
        return addWebapp(host, contextPath, docBase, listener);
    }

2) 獲得一個context容器(StandardContext)

在下面代碼中，createContext()方法通過反射加載StandardContext容器，并且將設置監聽ContextConfig, ctx.addLifecycleListener(config);

public Context addWebapp(Host host, String contextPath, String docBase,
            LifecycleListener config) {
 
        silence(host, contextPath);
 
        //獲得一個context容器(StandardContext)
        Context ctx = createContext(host, contextPath);
        ctx.setPath(contextPath);
        ctx.setDocBase(docBase);
 
        if (addDefaultWebXmlToWebapp) {
            ctx.addLifecycleListener(getDefaultWebXmlListener());
        }
 
        ctx.setConfigFile(getWebappConfigFile(docBase, contextPath));
        //把監聽器添加到context中去
        ctx.addLifecycleListener(config);
 
        if (addDefaultWebXmlToWebapp && (config instanceof ContextConfig)) {
            // prevent it from looking ( if it finds one - it'll have dup error )
            ((ContextConfig) config).setDefaultWebXml(noDefaultWebXmlPath());
        }
 
        if (host == null) {
            //getHost會逐層創建容器，并維護容器父子關系
            getHost().addChild(ctx);
        } else {
            host.addChild(ctx);
        }
 
        return ctx;
    }

3）維護各層容器

getHost()方法中得到各層容器，并且維護父親容器關系，其中包括，server容器、Engine容器。并且將StandardContext容器通過getHost().addChild(ctx); 調用containerBase中的addChild()方法維護在 children 這個map中。

  public Host getHost() {
        //將每一層的容器都new 出來
        Engine engine = getEngine();
        if (engine.findChildren().length > 0) {
            return (Host) engine.findChildren()[0];
        }
 
        Host host = new StandardHost();
        host.setName(hostname);
        //維護tomcat中的父子容器
        getEngine().addChild(host);
        return host;
    }

getEngine().addChild(host); 方法選擇調用父類containerBase中的addChild方法

  @Override
    public void addChild(Container child) {
        if (Globals.IS_SECURITY_ENABLED) {
            PrivilegedAction<Void> dp =
                new PrivilegedAddChild(child);
            AccessController.doPrivileged(dp);
        } else {
            //這里的child 參數是 context 容器
            addChildInternal(child);
        }
    }

addChildInternal()方法的核心代碼

 private void addChildInternal(Container child) {
 
        if( log.isDebugEnabled() )
            log.debug("Add child " + child + " " + this);
        synchronized(children) {
            if (children.get(child.getName()) != null)
                throw new IllegalArgumentException("addChild:  Child name '" +
                                                   child.getName() +
                                                   "' is not unique");
            child.setParent(this);  // May throw IAE
            children.put(child.getName(), child);
    }

四、啟動容器（tomcat.start()）

4.1、方法調用流程圖

4.2、源碼分析

說明：StandardServer 、StandardService、StandardEngine等容器都是繼承LifecycleBase

所以這里是模板模式的經典應用

1）逐層啟動容器

此時的server對應的是我們前面創建的StandardServer

  public void start() throws LifecycleException {
        //防止server容器沒有創建
        getServer();
        //獲得connector容器，并且將得到的connector容器設置到service容器中
        getConnector();
        //這里的start的實現是在 LifecycleBase類中實現
        //LifecycleBase方法是一個模板方法，在tomcat啟動流程中非常關鍵
        server.start();
    }

2) 進入start方法

進入LifecycelBase中的start方法，其中核心方法是startInternal。

從上面我們知道現在我們調用的是StandardServer容器的startInternal()方法，所以我們這里選擇的是StandardServer

方法路徑：org.apache.catalina.core.StandardServer.startInternal()

protected void startInternal() throws LifecycleException {
 
        fireLifecycleEvent(CONFIGURE_START_EVENT, null);
        setState(LifecycleState.STARTING);
 
        globalNamingResources.start();
 
        // Start our defined Services
        synchronized (servicesLock) {
            //啟動 service容器，一個tomcat中可以配置多個service容器，每個service容器都對應這我們的一個服務應用
            for (Service service : services) {
                //對應 StandardService.startInternal()
                service.start();
            }
        }
    }

從上面代碼中我們可以看出，啟動server容器的時候需要啟動子容器 service容器，從這里開始就是容器逐層向向內引爆，所以接下來就是開始依次調用各層容器的star方法。在這里就不在贅述。

2）ContainerBase中的startInternal()方法核心代碼，從這開始啟動StandardContext容器

 // Start our child containers, if any
        //在addWwbapp的流程中 addChild方法中加入的，所以這里需要找出來
        //這里找出來的就是 context 容器
        Container children[] = findChildren();
        List<Future<Void>> results = new ArrayList<>();
        for (Container child : children) {
            //通過線程池 異步的方式啟動線程池 開始啟動 context容器，進入new StartChild
            results.add(startStopExecutor.submit(new StartChild(child)));
        }

new StartChild(child)) 方法開始啟動StandardContext容器

    private static class StartChild implements Callable<Void> {
 
        private Container child;
 
        public StartChild(Container child) {
            this.child = child;
        }
 
        @Override
        public Void call() throws LifecycleException {
            //開始啟動context，實際調用 StandardContext.startInternal()
            child.start();
            return null;
        }
    }

StandardContext.startInternal() 方法中的核心代碼：

   protected void fireLifecycleEvent(String type, Object data) {
        LifecycleEvent event = new LifecycleEvent(this, type, data);
        //lifecycleListeners 在addwebapp方法的第一步中，設置的監聽的 contextConfig對象
        for (LifecycleListener listener : lifecycleListeners) {
            //這里調用的是 contextConfig的lifecycleEvent()方法
            listener.lifecycleEvent(event);
        }
    }

進入到 contextConfig中的lifecycleEvent()方法

public void lifecycleEvent(LifecycleEvent event) {
 
        // Identify the context we are associated with
        try {
            context = (Context) event.getLifecycle();
        } catch (ClassCastException e) {
            log.error(sm.getString("contextConfig.cce", event.getLifecycle()), e);
            return;
        }
 
        // Process the event that has occurred
        if (event.getType().equals(Lifecycle.CONFIGURE_START_EVENT)) {
            //完成web.xml的內容解析
            configureStart();
        } else if (event.getType().equals(Lifecycle.BEFORE_START_EVENT)) {
            beforeStart();
        } else if (event.getType().equals(Lifecycle.AFTER_START_EVENT)) {
            // Restore docBase for management tools
            if (originalDocBase != null) {
                context.setDocBase(originalDocBase);
            }
        } else if (event.getType().equals(Lifecycle.CONFIGURE_STOP_EVENT)) {
            configureStop();
        } else if (event.getType().equals(Lifecycle.AFTER_INIT_EVENT)) {
            init();
        } else if (event.getType().equals(Lifecycle.AFTER_DESTROY_EVENT)) {
            destroy();
        }
 
    }

在上面方法中，完成對web.xml的加載和解析，同時加載xml中配置的servlet并且封裝成wrapper對象。

3）、啟動servlet容器，StandardContext.startInternal() 中的 loadOnStartup(findChildren())方法

public boolean loadOnStartup(Container children[]) {
 
        // Collect "load on startup" servlets that need to be initialized
        TreeMap<Integer, ArrayList<Wrapper>> map = new TreeMap<>();
        for (Container child : children) {
            //這里的 Wrapper就是 我們前面封裝的 servlet
            Wrapper wrapper = (Wrapper) child;
            int loadOnStartup = wrapper.getLoadOnStartup();
            if (loadOnStartup < 0) {
                continue;
            }
            Integer key = Integer.valueOf(loadOnStartup);
            ArrayList<Wrapper> list = map.get(key);
            if (list == null) {
                list = new ArrayList<>();
                map.put(key, list);
            }
            list.add(wrapper);
        }
 
        // Load the collected "load on startup" servlets
        for (ArrayList<Wrapper> list : map.values()) {
            for (Wrapper wrapper : list) {
                try {
                    //通過 load 方法  最終會調用 servlet的init方法
                    wrapper.load();
                } catch (ServletException e) {
                    getLogger().error(sm.getString("standardContext.loadOnStartup.loadException",
                          getName(), wrapper.getName()), StandardWrapper.getRootCause(e));
                    // NOTE: load errors (including a servlet that throws
                    // UnavailableException from the init() method) are NOT
                    // fatal to application startup
                    // unless failCtxIfServletStartFails="true" is specified
                    if(getComputedFailCtxIfServletStartFails()) {
                        return false;
                    }
                }
            }
        }
        return true;
 
    }

通過 load 方法最終會調用 servlet的init方法。