源码探秘Tomcat在SpringBoot中是如何启动的?
前言[1] 从 Main 方法说起[2] 走进 Tomcat 内部[3] 总结[4] 前言
我们知道 SpringBoot 给我们带来了一个全新的开发体验,我们可以直接把 web 程序达成 jar 包,直接启动,这就得益于 SpringBoot 内置了容器,可以直接启动,本文将以 Tomcat 为例,来看看 SpringBoot 是如何启动 Tomcat 的,同时也将展开学习下 Tomcat 的源码,了解 Tomcat 的设计。 从 Main 方法说起
用过 SpringBoot 的人都知道,首先要写一个 main 方法来启动 @SpringBootApplication publicclass TomcatdebugApplication { public static void main(String[] args) { SpringApplication.run(TomcatdebugApplication.class, args); } }
我们直接点击 run 方法的源码,跟踪下来,发下最终的 run 方法是调用 ConfigurableApplicationContext 方法,源码如下: public ConfigurableApplicationContext run(String... args) { StopWatch stopWatch = new StopWatch(); stopWatch.start(); ConfigurableApplicationContext context = null; CollectionexceptionReporters = new ArrayList<>(); //设置系统属性『java.awt.headless』,为true则启用headless模式支持 configureHeadlessProperty(); //通过*SpringFactoriesLoader*检索*META-INF/spring.factories*, //找到声明的所有SpringApplicationRunListener的实现类并将其实例化, //之后逐个调用其started()方法,广播SpringBoot要开始执行了 SpringApplicationRunListeners listeners = getRunListeners(args); //发布应用开始启动事件 listeners.starting(); try { //初始化参数 ApplicationArguments applicationArguments = new DefaultApplicationArguments(args); //创建并配置当前SpringBoot应用将要使用的Environment(包括配置要使用的PropertySource以及Profile), //并遍历调用所有的SpringApplicationRunListener的environmentPrepared()方法,广播Environment准备完毕。 ConfigurableEnvironment environment = prepareEnvironment(listeners, applicationArguments); configureIgnoreBeanInfo(environment); //打印banner Banner printedBanner = printBanner(environment); //创建应用上下文 context = createApplicationContext(); //通过*SpringFactoriesLoader*检索*META-INF/spring.factories*,获取并实例化异常分析器 exceptionReporters = getSpringFactoriesInstances(SpringBootExceptionReporter.class, new Class[] { ConfigurableApplicationContext.class }, context); //为ApplicationContext加载environment,之后逐个执行ApplicationContextInitializer的initialize()方法来进一步封装ApplicationContext, //并调用所有的SpringApplicationRunListener的contextPrepared()方法,【EventPublishingRunListener只提供了一个空的contextPrepared()方法】, //之后初始化IoC容器,并调用SpringApplicationRunListener的contextLoaded()方法,广播ApplicationContext的IoC加载完成, //这里就包括通过**@EnableAutoConfiguration**导入的各种自动配置类。 prepareContext(context, environment, listeners, applicationArguments, printedBanner); //刷新上下文 refreshContext(context); //再一次刷新上下文,其实是空方法,可能是为了后续扩展。 afterRefresh(context, applicationArguments); stopWatch.stop(); if (this.logStartupInfo) { new StartupInfoLogger(this.mainApplicationClass).logStarted(getApplicationLog(), stopWatch); } //发布应用已经启动的事件 listeners.started(context); //遍历所有注册的ApplicationRunner和CommandLineRunner,并执行其run()方法。 //我们可以实现自己的ApplicationRunner或者CommandLineRunner,来对SpringBoot的启动过程进行扩展。 callRunners(context, applicationArguments); } catch (Throwable ex) { handleRunFailure(context, ex, exceptionReporters, listeners); throw new IllegalStateException(ex); } try { //应用已经启动完成的监听事件 listeners.running(context); } catch (Throwable ex) { handleRunFailure(context, ex, exceptionReporters, null); throw new IllegalStateException(ex); } return context; }
其实这个方法我们可以简单的总结下步骤为 > 1. 配置属性 > 2. 获取监听器,发布应用开始启动事件 > 3. 初始化输入参数 > 4. 配置环境,输出 banner > 5. 创建上下文 > 6. 预处理上下文 > 7. 刷新上下文 > 8. 再刷新上下文 > 9. 发布应用已经启动事件 > 10. 发布应用启动完成事件
其实上面这段代码,如果只要分析 tomcat 内容的话,只需要关注两个内容即可,上下文是如何创建的,上下文是如何刷新的,分别对应的方法就是 createApplicationContext() 和 refreshContext(context),接下来我们来看看这两个方法做了什么。 protected ConfigurableApplicationContext createApplicationContext() { Class contextClass = this.applicationContextClass; if (contextClass == null) { try { switch (this.webApplicationType) { case SERVLET: contextClass = Class.forName(DEFAULT_SERVLET_WEB_CONTEXT_CLASS); break; case REACTIVE: contextClass = Class.forName(DEFAULT_REACTIVE_WEB_CONTEXT_CLASS); break; default: contextClass = Class.forName(DEFAULT_CONTEXT_CLASS); } } catch (ClassNotFoundException ex) { thrownew IllegalStateException( "Unable create a default ApplicationContext, " + "please specify an ApplicationContextClass", ex); } } return (ConfigurableApplicationContext) BeanUtils.instantiateClass(contextClass); }
这里就是根据我们的 webApplicationType 来判断创建哪种类型的 Servlet,代码中分别对应着 Web 类型(SERVLET),响应式 Web 类型(REACTIVE),非 Web 类型(default),我们建立的是 Web 类型,所以肯定实例化 DEFAULT_SERVLET_WEB_CONTEXT_CLASS 指定的类,也就是 AnnotationConfigServletWebServerApplicationContext 类
我们来用图来说明下这个类的关系
通过这个类图我们可以知道,这个类继承的是 ServletWebServerApplicationContext,这就是我们真正的主角,而这个类最终是继承了 AbstractApplicationContext,了解完创建上下文的情况后,我们再来看看刷新上下文,相关代码如下: //类:SpringApplication.java private void refreshContext(ConfigurableApplicationContext context) { //直接调用刷新方法 refresh(context); if (this.registerShutdownHook) { try { context.registerShutdownHook(); } catch (AccessControlException ex) { // Not allowed in some environments. } } } //类:SpringApplication.java protected void refresh(ApplicationContext applicationContext) { Assert.isInstanceOf(AbstractApplicationContext.class, applicationContext); ((AbstractApplicationContext) applicationContext).refresh(); }
这里还是直接传递调用本类的 refresh(context)方法,最后是强转成父类 AbstractApplicationContext 调用其 refresh()方法,该代码如下: // 类:AbstractApplicationContext public void refresh() throws BeansException, IllegalStateException { synchronized (this.startupShutdownMonitor) { // Prepare this context for refreshing. prepareRefresh(); // Tell the subclass to refresh the internal bean factory. ConfigurableListableBeanFactory beanFactory = obtainFreshBeanFactory(); // Prepare the bean factory for use in this context. prepareBeanFactory(beanFactory); try { // Allows post-processing of the bean factory in context subclasses. postProcessBeanFactory(beanFactory); // Invoke factory processors registered as beans in the context. invokeBeanFactoryPostProcessors(beanFactory); // Register bean processors that intercept bean creation. registerBeanPostProcessors(beanFactory); // Initialize message source for this context. initMessageSource(); // Initialize event multicaster for this context. initApplicationEventMulticaster(); // Initialize other special beans in specific context subclasses.这里的意思就是调用各个子类的onRefresh() onRefresh(); // Check for listener beans and register them. registerListeners(); // Instantiate all remaining (non-lazy-init) singletons. finishBeanFactoryInitialization(beanFactory); // Last step: publish corresponding event. finishRefresh(); } catch (BeansException ex) { if (logger.isWarnEnabled()) { logger.warn("Exception encountered during context initialization - " + "cancelling refresh attempt: " + ex); } // Destroy already created singletons to avoid dangling resources. destroyBeans(); // Reset "active" flag. cancelRefresh(ex); // Propagate exception to caller. throw ex; } finally { // Reset common introspection caches in Spring"s core, since we // might not ever need metadata for singleton beans anymore... resetCommonCaches(); } } }
这里我们看到 onRefresh()方法是调用其子类的实现,根据我们上文的分析,我们这里的子类是 ServletWebServerApplicationContext。 //类:ServletWebServerApplicationContext protected void onRefresh() { super.onRefresh(); try { createWebServer(); } catch (Throwable ex) { thrownew ApplicationContextException("Unable to start web server", ex); } } private void createWebServer() { WebServer webServer = this.webServer; ServletContext servletContext = getServletContext(); if (webServer == null && servletContext == null) { ServletWebServerFactory factory = getWebServerFactory(); this.webServer = factory.getWebServer(getSelfInitializer()); } elseif (servletContext != null) { try { getSelfInitializer().onStartup(servletContext); } catch (ServletException ex) { thrownew ApplicationContextException("Cannot initialize servlet context", ex); } } initPropertySources(); }
到这里,其实庐山真面目已经出来了,createWebServer()就是启动 web 服务,但是还没有真正启动 Tomcat,既然 webServer 是通过 ServletWebServerFactory 来获取的,我们就来看看这个工厂的真面目。
走进 Tomcat 内部
根据上图我们发现,工厂类是一个接口,各个具体服务的实现是由各个子类来实现的
所以我们就去看看 TomcatServletWebServerFactory.getWebServer()的实现。 @Override public WebServer getWebServer(ServletContextInitializer... initializers) { Tomcat tomcat = new Tomcat(); File baseDir = (this.baseDirectory != null) ? this.baseDirectory : createTempDir("tomcat"); tomcat.setBaseDir(baseDir.getAbsolutePath()); Connector connector = new Connector(this.protocol); tomcat.getService().addConnector(connector); customizeConnector(connector); tomcat.setConnector(connector); tomcat.getHost().setAutoDeploy(false); configureEngine(tomcat.getEngine()); for (Connector additionalConnector : this.additionalTomcatConnectors) { tomcat.getService().addConnector(additionalConnector); } prepareContext(tomcat.getHost(), initializers); return getTomcatWebServer(tomcat); }
根据上面的代码,我们发现其主要做了两件事情,第一件事就是把 Connnctor(我们称之为连接器)对象添加到 Tomcat 中,第二件事就是 configureEngine,这连接器我们勉强能理解(不理解后面会述说),那这个 Engine 是什么呢?
我们查看 tomcat.getEngine()的源码: public Engine getEngine() { Service service = getServer().findServices()[0]; if (service.getContainer() != null) { return service.getContainer(); } Engine engine = new StandardEngine(); engine.setName( "Tomcat" ); engine.setDefaultHost(hostname); engine.setRealm(createDefaultRealm()); service.setContainer(engine); return engine; }
根据上面的源码,我们发现,原来这个 Engine 是容器,我们继续跟踪源码,找到 Container 接口
上图中,我们看到了 4 个子接口,分别是 Engine,Host,Context,Wrapper。我们从继承关系上可以知道他们都是容器
那么他们到底有啥区别呢?我看看他们的注释是怎么说的。 /** If used, an Engine is always the top level Container in a Catalina * hierarchy. Therefore, the implementation"s setParent() method * should throw IllegalArgumentException . * * @author Craig R. McClanahan */ publicinterface Engine extends Container { //省略代码 } /** * * The parent Container attached to a Host is generally an Engine, but may * be some other implementation, or may be omitted if it is not necessary. * * The child containers attached to a Host are generally implementations * of Context (representing an inpidual servlet context). * * @author Craig R. McClanahan */ public interface Host extends Container { //省略代码 } /*** * The parent Container attached to a Context is generally a Host, but may * be some other implementation, or may be omitted if it is not necessary. * * The child containers attached to a Context are generally implementations * of Wrapper (representing inpidual servlet definitions). * * * @author Craig R. McClanahan */ public interface Context extends Container, ContextBind { //省略代码 } /** * The parent Container attached to a Wrapper will generally be an * implementation of Context, representing the servlet context (and * therefore the web application) within which this servlet executes. * * Child Containers are not allowed on Wrapper implementations, so the * addChild() method should throw an * IllegalArgumentException . * * @author Craig R. McClanahan */ publicinterface Wrapper extends Container { //省略代码 } 上面的注释翻译过来就是,Engine 是最高级别的容器,其子容器是 Host,Host 的子容器是 Context,Wrapper 是 Context 的子容器,所以这 4 个容器的关系就是父子关系,也就是 Engine>Host>Context>Wrapper。 我们再看看 Tomcat 类的源码://部分源码,其余部分省略。 publicclass Tomcat { //设置连接器 public void setConnector(Connector connector) { Service service = getService(); boolean found = false; for (Connector serviceConnector : service.findConnectors()) { if (connector == serviceConnector) { found = true; } } if (!found) { service.addConnector(connector); } } //获取service public Service getService() { return getServer().findServices()[0]; } //设置Host容器 public void setHost(Host host) { Engine engine = getEngine(); boolean found = false; for (Container engineHost : engine.findChildren()) { if (engineHost == host) { found = true; } } if (!found) { engine.addChild(host); } } //获取Engine容器 public Engine getEngine() { Service service = getServer().findServices()[0]; if (service.getContainer() != null) { return service.getContainer(); } Engine engine = new StandardEngine(); engine.setName( "Tomcat" ); engine.setDefaultHost(hostname); engine.setRealm(createDefaultRealm()); service.setContainer(engine); return engine; } //获取server public Server getServer() { if (server != null) { return server; } System.setProperty("catalina.useNaming", "false"); server = new StandardServer(); initBaseDir(); // Set configuration source ConfigFileLoader.setSource(new CatalinaBaseConfigurationSource(new File(basedir), null)); server.setPort( -1 ); Service service = new StandardService(); service.setName("Tomcat"); server.addService(service); return server; } //添加Context容器 public Context addContext(Host host, String contextPath, String contextName, String dir) { silence(host, contextName); Context ctx = createContext(host, contextPath); ctx.setName(contextName); ctx.setPath(contextPath); ctx.setDocBase(dir); ctx.addLifecycleListener(new FixContextListener()); if (host == null) { getHost().addChild(ctx); } else { host.addChild(ctx); } //添加Wrapper容器 public static Wrapper addServlet(Context ctx, String servletName, Servlet servlet) { // will do class for name and set init params Wrapper sw = new ExistingStandardWrapper(servlet); sw.setName(servletName); ctx.addChild(sw); return sw; } } 阅读 Tomcat 的 getServer()我们可以知道,Tomcat 的最顶层是 Server,Server 就是 Tomcat 的实例,一个 Tomcat 一个 Server 通过 getEngine()我们可以了解到 Server 下面是 Service,而且是多个,一个 Service 代表我们部署的一个应用,而且我们还可以知道,Engine 容器,一个 service 只有一个;根据父子关系,我们看 setHost()源码可以知道,host 容器有多个 同理,我们发现 addContext()源码下,Context 也是多个;addServlet()表明 Wrapper 容器也是多个,而且这段代码也暗示了,其实 Wrapper 和 Servlet 是一层意思。另外我们根据 setConnector 源码可以知道,连接器(Connector)是设置在 service 下的,而且是可以设置多个连接器(Connector)。根据上面分析,我们可以小结下:Tomcat 主要包含了 2 个核心组件,连接器(Connector)和容器(Container),用图表示如下:一个 Tomcat 是一个 Server,一个 Server 下有多个 service,也就是我们部署的多个应用,一个应用下有多个连接器(Connector)和一个容器(Container),容器下有多个子容器,关系用图表示如下:Engine 下有多个 Host 子容器,Host 下有多个 Context 子容器,Context 下有多个 Wrapper 子容器。总结SpringBoot 的启动是通过 new SpringApplication()实例来启动的,启动过程主要做如下几件事情: 1. 配置属性 2. 获取监听器,发布应用开始启动事件 3. 初始化输入参数 4. 配置环境,输出 banner 5. 创建上下文 6. 预处理上下文 7. 刷新上下文 8. 再刷新上下文 9. 发布应用已经启动事件 10. 发布应用启动完成事件而启动 Tomcat 就是在第 7 步中"刷新上下文";Tomcat 的启动主要是初始化 2 个核心组件,连接器(Connector)和容器(Container),一个 Tomcat 实例就是一个 Server,一个 Server 包含多个 Service,也就是多个应用程序,每个 Service 包含多个连接器(Connetor)和一个容器(Container),而容器下又有多个子容器,按照父子关系分别为:Engine,Host,Context,Wrapper,其中除了 Engine 外,其余的容器都是可以有多个。END 作者:木木匠来源:https://my.oschina.net/luozhou/blog/3088908 本文版权归作者所有
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