tomcat启动流程分析
前言
tomcat究竟在启动的时候做了哪些事情呢？从直观上讲，当tomcat启动完毕后，部署在tomcat里的项目，就可以通过外部的http形式进行访问了，但有个疑问是，为什么可以访问呢？其内部都做了哪些准备工作呢？本篇通过源码来了解一下tomcat启动的过程吧
通过上一篇的分析，我们初步了解了tomcat内部的基本构成，包括的基本组件，这些组件的配合构成了tomcat的逻辑上的架构
从大的方面划分，tomcat在启动过程中，主要完成了2件事情，第一初始化容器组件，第二启动相关的线程等待读写事件的接入
tomcat 的IO模型
从tomcat8之后，tomcat默认使用的是NIO，即异步IO，我们知道，在tomcat8之前的版本中有大多使用同步IO，同步IO和异步IO相比，在高并发的请求处理场景中性能相差非常大，这个得益于NIO的底层特殊的线程处理机制，即reactor模型
reactor模型
简单解释来说，reactor模型将一个请求的处理过程划分成不同的步骤，在bio中，一个请求过来了，tomcat提供一个线程处理，如果请求没有处理完毕，这个线程将一直阻塞，但通过NIO的方式，将工作线程和接收请求的线程分开，并通过非阻塞的IO去处理，就大大提升了整体的性能和吞吐量
小编从实际的压测结果来看，使用tomcat7的BIO的方式，和tomcat8的NIO的方式在相同条件下进行压测，tomcat8的吞吐量比tomcat7要多出1.5倍，这只是在本地环境模拟的效果
tomcat8默认使用的是NIO的方式，在server.xml中可以找到下面的这段配置，即在HTTP/1.1的情况下
<Connector port="8080" protocol="HTTP/1.1"
connectionTimeout="20000"
redirectPort="8443" />
我们可以修改protocol属性使用NIO2 (异步非阻塞)
<Connector port="8080" protocol="org.apache.coyote.http11.Http11Nio2Protocol"
connectionTimeout="20000"
redirectPort="8443" />
简单了解了tomcat8的IO模型，我们正式来看tomcat的启动流程，初始化各组件+线程就绪，即init+start
关于init过程
回忆上一篇我们谈到的关于tomcat的基本组件的构成，见下面这张图
其实不难理解，tomcat在启动过程中，也是按照server.xml中各个组件标签的顺序依次进行初始化的(各个组件的作用见上一篇)
其大概的步骤如下：
- 调用 bin/startup.bat (在linux 目录下 , 需要调用 bin/startup.sh) ， 在startup.bat 脚本中, 调用了catalina.bat
- 在catalina.bat 脚本文件中，调用了BootStrap 中的main方法
- 在BootStrap 的main 方法中调用了 init 方法 ， 来创建Catalina 及 初始化类加载器
- 在BootStrap 的main 方法中调用了 load 方法 ， 在其中又调用了Catalina的load方法
- 在Catalina 的load 方法中 , 需要进行一些初始化的工作, 并需要构造Digester 对象, 用 于解析 XML
- 然后在调用后续组件的初始化操作(见时序图中的组件init过程)
- 加载Tomcat的配置文件，初始化容器组件 ，监听对应的端口号， 准备接受客户端请求
源码分析，从程序中的Bootstrap入手，
我们找到main方法
在学习源码之前，我们有必要先简单了解一下时序图中主要组件的类结构，由于所有的组件均存在初始化、启动、停止等生命周期方法，拥有生命周期管理的特 性， 所以Tomcat在设计的时候， 基于生命周期管理抽象成了一个接口 Lifecycle ，而组 件 Server、Service、Container、Executor、Connector 组件 ， 都实现了一个生命周期 的接口，从而具有了以下生命周期中的核心方法：
- init（）：初始化组件
- start（）：启动组件
- stop（）：停止组件
- destroy（）：销毁组件
我们不妨随意找一个组件，像connector来说，其*接口还是Lifecycle
各组件的默认实现
上面我们提到的Server、Service、Engine、Host、Context都是接口。当前对于 Endpoint组件来说，在Tomcat中没有对应的Endpoint 接口， 但是有一个抽象类 AbstractEndpoint ，其下有三个实现类： NioEndpoint、 Nio2Endpoint、AprEndpoint ， 这三个实现类，分别对应于前面讲解链接器 Coyote 时， 提到的链接器支持的三种IO模型：NIO，NIO2，APR ， Tomcat8.5版本中，默认采 用的是 NioEndpoint
Server
Service
Engine
Host
Context
从各个组件的类的结构图也可以看出，它们都纳管于Lifecycle的生命周期的过程
源码启动入口
Bootstrap ->main()
从main方法入手，可以分为2步，第一步init()的过程，即初始化上述时序图中各个组件的过程
第二步,start()过程，调其reactor涉及到的各个线程，下面通过断点简单看其中几个组件的init()过程吧
调起catalina的getServer().init()方法
调起server的init()
在initInternal的init方法中，可以看到像globalNamingResources这样的方法初始化，其实就是在依次解析server.xml中的标签
来到本方法最后一段，看到调用了service的init()方法
调起service的init()方法，该方法中要初始化的组件比较多，对应于server.xml中的各个层次的标签，举例来说，一个service里面可以配置多个connector，那么就需要在这里进行初始化
跳过中间的engine，host和context，我们最后直接来到connector的初始化
调起AbstractProtocol的init()方法
最终来到endpoint的init()
这段代码中，我们似乎看到了socket的痕迹，在前一篇提到，EndPoint是 Coyote的通信端点，即通信监听的接口，是具体Socket接收和发送处理 器是对传输层的抽象，因此EndPoint用来实现TCP/IP协议的
如果继续点进bind方法，可以看到其实就是在创建并绑定相应的连接信息
那么到这里，初始化的工作就基本完成了，具体的各个组件中初始化代码块和要完成的详细工作，有兴趣的同学可以依次步骤点进去一探究竟
下面的start()过程按照时序图，参照上面的过程我们仍然走一遍流程，最终走到
AbstractProtocol的start()方法，
protected final void startAcceptorThreads() {
int count = getAcceptorThreadCount();
acceptors = new Acceptor[count];
for (int i = 0; i < count; i++) {
acceptors[i] = createAcceptor();
String threadName = getName() + "-Acceptor-" + i;
acceptors[i].setThreadName(threadName);
Thread t = new Thread(acceptors[i], threadName);
t.setPriority(getAcceptorThreadPriority());
t.setDaemon(getDaemon());
t.start();
}
}
来到这里，其实很容易看出来，Acceptor属于一个线程类，继续进入，最终来到NioEndPoint的Acceptor方法中，
protected class Acceptor extends AbstractEndpoint.Acceptor {
@Override
public void run() {
int errorDelay = 0;
// Loop until we receive a shutdown command
while (running) {
// Loop if endpoint is paused
while (paused && running) {
state = AcceptorState.PAUSED;
try {
Thread.sleep(50);
} catch (InterruptedException e) {
// Ignore
}
}
if (!running) {
break;
}
state = AcceptorState.RUNNING;
try {
//if we have reached max connections, wait
countUpOrAwaitConnection();
SocketChannel socket = null;
try {
// Accept the next incoming connection from the server
// socket
socket = serverSock.accept();
} catch (IOException ioe) {
// We didn't get a socket
countDownConnection();
if (running) {
// Introduce delay if necessary
errorDelay = handleExceptionWithDelay(errorDelay);
// re-throw
throw ioe;
} else {
break;
}
}
// Successful accept, reset the error delay
errorDelay = 0;
// Configure the socket
if (running && !paused) {
// setSocketOptions() will hand the socket off to
// an appropriate processor if successful
if (!setSocketOptions(socket)) {
closeSocket(socket);
}
} else {
closeSocket(socket);
}
} catch (Throwable t) {
ExceptionUtils.handleThrowable(t);
log.error(sm.getString("endpoint.accept.fail"), t);
}
}
state = AcceptorState.ENDED;
}
在run方法中我们注意到下面的这句，翻译过来，就是等待请求的连接，
总结一下，到这里tomcat通过初始化和start的过程，完成加载容器依赖的各个组件的初始化，并启动IO线程，等待外部请求的接入，下一步，就是具体的请求过来之后如何进行处理的过程，在后续的文章中会继续提到，本篇到此结束，最后感谢观看！