总在说SpringBoot内置了tomcat启动,那它的原理你说的清楚吗?

前言

不得不说SpringBoot的开发者是在为大众程序猿谋福利,把大家都惯成了懒汉,xml不配置了,连tomcat也懒的配置了,典型的一键启动系统,那么tomcat在springboot是怎么启动的呢?

内置tomcat

开发阶段对我们来说使用内置的tomcat是非常够用了,当然也可以使用jetty。

<dependency>  


   <groupId>org.springframework.boot</groupId>  


   <artifactId>spring-boot-starter-web</artifactId>  


   <version>2.1.6.RELEASE</version>  


</dependency>  
@SpringBootApplication  


public class MySpringbootTomcatStarter{  


    public static void main(String[] args) {  


        Long time=System.currentTimeMillis();  


        SpringApplication.run(MySpringbootTomcatStarter.class);  


        System.out.println("===应用启动耗时:"+(System.currentTimeMillis()-time)+"===");  


    }  

} 

这里是main函数入口,两句代码最耀眼,分别是SpringBootApplication注解和SpringApplication.run()方法。

发布生产

发布的时候,目前大多数的做法还是排除内置的tomcat,打瓦包(war)然后部署在生产的tomcat中,好吧,那打包的时候应该怎么处理?

<dependency>  


    <groupId>org.springframework.boot</groupId>  


    <artifactId>spring-boot-starter-web</artifactId>  


    <!-- 移除嵌入式tomcat插件 -->  


    <exclusions>  


        <exclusion>  


            <groupId>org.springframework.boot</groupId>  


            <artifactId>spring-boot-starter-tomcat</artifactId>  


        </exclusion>  


    </exclusions>  


</dependency>  


<!--添加servlet-api依赖--->  


<dependency>  


    <groupId>javax.servlet</groupId>  


    <artifactId>javax.servlet-api</artifactId>  


    <version>3.1.0</version>  


    <scope>provided</scope>  

</dependency> 

更新main函数,主要是继承SpringBootServletInitializer,并重写configure()方法。

@SpringBootApplication  


public class MySpringbootTomcatStarter extends SpringBootServletInitializer {  


    public static void main(String[] args) {  


        Long time=System.currentTimeMillis();  


        SpringApplication.run(MySpringbootTomcatStarter.class);  


        System.out.println("===应用启动耗时:"+(System.currentTimeMillis()-time)+"===");  

    } 

    @Override  


    protected SpringApplicationBuilder configure(SpringApplicationBuilder builder) {  


        return builder.sources(this.getClass());  


    }  

} 

从main函数说起

public static ConfigurableApplicationContext run(Class<?> primarySource, String... args) {  


    return run(new Class[]{primarySource}, args);  


}  


--这里run方法返回的是ConfigurableApplicationContext  

public static ConfigurableApplicationContext run(Class<?>[] primarySources, String[] args) {  

 return (new SpringApplication(primarySources)).run(args);  


}  
public ConfigurableApplicationContext run(String... args) {  


 ConfigurableApplicationContext context = null;  


 Collection<SpringBootExceptionReporter> exceptionReporters = new ArrayList();  


 this.configureHeadlessProperty();  


 SpringApplicationRunListeners listeners = this.getRunListeners(args);  


 listeners.starting();  


 Collection exceptionReporters;  


 try {  


  ApplicationArguments applicationArguments = new DefaultApplicationArguments(args);  


  ConfigurableEnvironment environment = this.prepareEnvironment(listeners, applicationArguments);  


  this.configureIgnoreBeanInfo(environment);  


  //打印banner,这里你可以自己涂鸦一下,换成自己项目的logo  


  Banner printedBanner = this.printBanner(environment);   


  //创建应用上下文  


  context = this.createApplicationContext();  


  exceptionReporters = this.getSpringFactoriesInstances(SpringBootExceptionReporter.class, new Class[]{ConfigurableApplicationContext.class}, context);  


  //预处理上下文  

  this.prepareContext(context, environment, listeners, applicationArguments, printedBanner); 

   //刷新上下文 


   this.refreshContext(context); 


   //再刷新上下文  


  this.afterRefresh(context, applicationArguments);  


   listeners.started(context);  


  this.callRunners(context, applicationArguments);  


 } catch (Throwable var10) {      


 }  


 try {  


  listeners.running(context);  


  return context;  


 } catch (Throwable var9) {      


 }  

} 

既然我们想知道tomcat在SpringBoot中是怎么启动的,那么run方法中,重点关注创建应用上下文(createApplicationContext)和刷新上下文(refreshContext)。

创建上下文

//创建上下文  


protected ConfigurableApplicationContext createApplicationContext() {  


 Class<?> contextClass = this.applicationContextClass;  


 if (contextClass == null) {  


  try {  


   switch(this.webApplicationType) {  


    case SERVLET:  


                    //创建AnnotationConfigServletWebServerApplicationContext  


        contextClass = Class.forName("org.springframework.boot.web.servlet.context.AnnotationConfigServletWebServerApplicationContext");  


     break;  


    case REACTIVE:  


     contextClass = Class.forName("org.springframework.boot.web.reactive.context.AnnotationConfigReactiveWebServerApplicationContext");  


     break;  


    default:  


     contextClass = Class.forName("org.springframework.context.annotation.AnnotationConfigApplicationContext");  


   }  


  } catch (ClassNotFoundException var3) {  


   throw new IllegalStateException("Unable create a default ApplicationContext, please specify an ApplicationContextClass", var3);  


  }  


 }  


 return (ConfigurableApplicationContext)BeanUtils.instantiateClass(contextClass);  

} 

这里会创建AnnotationConfigServletWebServerApplicationContext类。而AnnotationConfigServletWebServerApplicationContext类继承了ServletWebServerApplicationContext,而这个类是最终集成了AbstractApplicationContext。Java知音公众号内回复“后端面试”,送你一份Java面试题宝典

刷新上下文

//SpringApplication.java  


//刷新上下文  


private void refreshContext(ConfigurableApplicationContext context) {  


 this.refresh(context);  


 if (this.registerShutdownHook) {  


  try {  


   context.registerShutdownHook();  


  } catch (AccessControlException var3) {  


  }  


 }  


}  


//这里直接调用最终父类AbstractApplicationContext.refresh()方法  


protected void refresh(ApplicationContext applicationContext) {  


 ((AbstractApplicationContext)applicationContext).refresh();  


}  
//AbstractApplicationContext.java  


public void refresh() throws BeansException, IllegalStateException {  


 synchronized(this.startupShutdownMonitor) {  


  this.prepareRefresh();  


  ConfigurableListableBeanFactory beanFactory = this.obtainFreshBeanFactory();  


  this.prepareBeanFactory(beanFactory);  


  try {  


   this.postProcessBeanFactory(beanFactory);  


   this.invokeBeanFactoryPostProcessors(beanFactory);  


   this.registerBeanPostProcessors(beanFactory);  


   this.initMessageSource();  


   this.initApplicationEventMulticaster();  


   //调用各个子类的onRefresh()方法,也就说这里要回到子类:ServletWebServerApplicationContext,调用该类的onRefresh()方法  


   this.onRefresh();  


   this.registerListeners();  


   this.finishBeanFactoryInitialization(beanFactory);  


   this.finishRefresh();  


  } catch (BeansException var9) {  


   this.destroyBeans();  


   this.cancelRefresh(var9);  


   throw var9;  


  } finally {  


   this.resetCommonCaches();  


  }  


 }  


}  
//ServletWebServerApplicationContext.java  


//在这个方法里看到了熟悉的面孔,this.createWebServer,神秘的面纱就要揭开了。  


protected void onRefresh() {  


 super.onRefresh();  


 try {  


  this.createWebServer();  

 } catch (Throwable var2) { 

  }  


}  


//ServletWebServerApplicationContext.java  


//这里是创建webServer,但是还没有启动tomcat,这里是通过ServletWebServerFactory创建,那么接着看下ServletWebServerFactory  


private void createWebServer() {  


 WebServer webServer = this.webServer;  


 ServletContext servletContext = this.getServletContext();  


 if (webServer == null && servletContext == null) {  


  ServletWebServerFactory factory = this.getWebServerFactory();  


  this.webServer = factory.getWebServer(new ServletContextInitializer[]{this.getSelfInitializer()});  


 } else if (servletContext != null) {  


  try {  


   this.getSelfInitializer().onStartup(servletContext);  

  } catch (ServletException var4) {  


  }  


 }  


 this.initPropertySources();  


}  


//接口  


public interface ServletWebServerFactory {  


    WebServer getWebServer(ServletContextInitializer... initializers);  


}  


//实现  


AbstractServletWebServerFactory  


JettyServletWebServerFactory  


TomcatServletWebServerFactory  

UndertowServletWebServerFactory 

这里ServletWebServerFactory接口有4个实现类

总在说SpringBoot内置了tomcat启动,那它的原理你说的清楚吗?

而其中我们常用的有两个:TomcatServletWebServerFactory和JettyServletWebServerFactory。

//TomcatServletWebServerFactory.java  


//这里我们使用的tomcat,所以我们查看TomcatServletWebServerFactory。到这里总算是看到了tomcat的踪迹。  


@Override  


public WebServer getWebServer(ServletContextInitializer... initializers) {  

 Tomcat tomcat = new Tomcat(); 

 File baseDir = (this.baseDirectory != null) ? this.baseDirectory : createTempDir("tomcat");  


 tomcat.setBaseDir(baseDir.getAbsolutePath());  


    //创建Connector对象  


 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);  


}  


protected TomcatWebServer getTomcatWebServer(Tomcat tomcat) {  


 return new TomcatWebServer(tomcat, getPort() >= 0);  


}  


//Tomcat.java  


//返回Engine容器,看到这里,如果熟悉tomcat源码的话,对engine不会感到陌生。  


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;  


}  

//Engine是最高级别容器,Host是Engine的子容器,Context是Host的子容器,Wrapper是Context的子容器 

getWebServer这个方法创建了Tomcat对象,并且做了两件重要的事情:把Connector对象添加到tomcat中,configureEngine(tomcat.getEngine());

getWebServer方法返回的是TomcatWebServer。

//TomcatWebServer.java  


//这里调用构造函数实例化TomcatWebServer  


public TomcatWebServer(Tomcat tomcat, boolean autoStart) {  


 Assert.notNull(tomcat, "Tomcat Server must not be null");  


 this.tomcat = tomcat;  


 this.autoStart = autoStart;  


 initialize();  


}  


private void initialize() throws WebServerException {  


    //在控制台会看到这句日志  


 logger.info("Tomcat initialized with port(s): " + getPortsDescription(false));  


 synchronized (this.monitor) {  


  try {  


   addInstanceIdToEngineName();  


   Context context = findContext();  


   context.addLifecycleListener((event) -> {  


    if (context.equals(event.getSource()) && Lifecycle.START_EVENT.equals(event.getType())) {  


     removeServiceConnectors();  


    }  


   });  


   //===启动tomcat服务===  


   this.tomcat.start();  


   rethrowDeferredStartupExceptions();  


   try {  


    ContextBindings.bindClassLoader(context, context.getNamingToken(), getClass().getClassLoader());  


   }  


   catch (NamingException ex) {              


    }            


            //开启阻塞非守护进程  

   startDaemonAwaitThread(); 

  }  


  catch (Exception ex) {  


   stopSilently();  


   destroySilently();  


   throw new WebServerException("Unable to start embedded Tomcat", ex);  


  }  


 }  


}  
//Tomcat.java  


public void start() throws LifecycleException {  


 getServer();  


 server.start();  


}  


//这里server.start又会回到TomcatWebServer的  


public void stop() throws LifecycleException {  


 getServer();  


 server.stop();  


}  
//TomcatWebServer.java  


//启动tomcat服务  


@Override  


public void start() throws WebServerException {  


 synchronized (this.monitor) {  


  if (this.started) {  


   return;  


  }  


  try {  


   addPreviouslyRemovedConnectors();  


   Connector connector = this.tomcat.getConnector();  


   if (connector != null && this.autoStart) {  


    performDeferredLoadOnStartup();  


   }  


   checkThatConnectorsHaveStarted();  


   this.started = true;  


   //在控制台打印这句日志,如果在yml设置了上下文,这里会打印  

   logger.info("Tomcat started on port(s): " + getPortsDescription(true) + " with context path '"  


     + getContextPath() + "'");  


  }  


  catch (ConnectorStartFailedException ex) {  


   stopSilently();  


   throw ex;  


  }  


  catch (Exception ex) {  

   throw new WebServerException("Unable to start embedded Tomcat server", ex); 

  }  


  finally {  


   Context context = findContext();  


   ContextBindings.unbindClassLoader(context, context.getNamingToken(), getClass().getClassLoader());  


  }  


 }  

}  


//关闭tomcat服务  


@Override  


public void stop() throws WebServerException {  


 synchronized (this.monitor) {  


  boolean wasStarted = this.started;  


  try {  


   this.started = false;  


   try {  


    stopTomcat();  


    this.tomcat.destroy();  


   }  


   catch (LifecycleException ex) {   


    }  


  }  


  catch (Exception ex) {  

   throw new WebServerException("Unable to stop embedded Tomcat", ex);  


  }  


  finally {  


   if (wasStarted) {  


    containerCounter.decrementAndGet();  


   }  


  }  


 }  
} 

附:tomcat顶层结构图

总在说SpringBoot内置了tomcat启动,那它的原理你说的清楚吗?

tomcat最顶层容器是Server,代表着整个服务器,一个Server包含多个Service。从上图可以看除Service主要包括多个Connector和一个Container。Connector用来处理连接相关的事情,并提供Socket到Request和Response相关转化。

Container用于封装和管理Servlet,以及处理具体的Request请求。那么上文提到的Engine>Host>Context>Wrapper容器又是怎么回事呢?我们来看下图:

总在说SpringBoot内置了tomcat启动,那它的原理你说的清楚吗?

综上所述,一个tomcat只包含一个Server,一个Server可以包含多个Service,一个Service只有一个Container,但有多个Connector,这样一个服务可以处理多个连接。

多个Connector和一个Container就形成了一个Service,有了Service就可以对外提供服务了,但是Service要提供服务又必须提供一个宿主环境,那就非Server莫属了,所以整个tomcat的声明周期都由Server控制。

总结

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