Tomcat源码解析系列（四）Service

前言
上篇文章中分析了 Server 类的 init 和 start 方法，其中最核心的内容就是调用了 StandardServer 类的的 Service 类型的成员的 init 和 start 方法。Service 是 Tomcat 的核心组件之一。Service 的实现类是 StandardService。StandardService 和 StandardServer 一样也是继承自 LifecycleMBeanBase。

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1 StandardService#initInternal 方法
首先看 initInternal 方法

/**
 * Invoke a pre-startup initialization. This is used to allow connectors
 * to bind to restricted ports under Unix operating environments.
 */
@Override
protected void initInternal() throws LifecycleException {

    super.initInternal();

    if (engine != null) {
        engine.init();
    }

    // Initialize any Executors
    for (Executor executor : findExecutors()) {
        if (executor instanceof JmxEnabled) {
            ((JmxEnabled) executor).setDomain(getDomain());
        }
        executor.init();
    }

    // Initialize mapper listener
    mapperListener.init();

    // Initialize our defined Connectors
    synchronized (connectorsLock) {
        for (Connector connector : connectors) {
            connector.init();
        }
    }
}


/**
 * Retrieves all executors
 * @return Executor[]
 */
@Override
public Executor[] findExecutors() {
    synchronized (executors) {
        Executor[] arr = new Executor[executors.size()];
        executors.toArray(arr);
        return arr;
    }
}

initInternal 代码很短，思路也很清晰，就是依次调用了这个成员变量的 init 方法

engine.init() 
executor.init 
mapperListener.init()
connector.init()

先看看这几个成员变量的定义

private Engine engine = null;

/**
 * The list of executors held by the service.
 */
protected final ArrayList<Executor> executors = new ArrayList<>();


/**
 * Mapper listener.
 */
protected final MapperListener mapperListener = new MapperListener(this);


/**
 * The set of Connectors associated with this Service.
 */
protected Connector connectors[] = new Connector[0];

上面四个成员变量，除了 mapperListener，都是在 Catalina 解析 server.xml 文件是根据配置文件的配置初始化的。

其中 engine 和 connector 是也是 Tomcat 核心组件之二，会分别单独解析，这里就先略过。

executor 的实现类是，StandardThreadExecutor，也是继承自 LifecycleMBeanBase，它的作用跟线程池类似。

mapperListener 的作用是在 start 的时候将容器类对象注册到 Mapper 对象中。

/**
 * Create mapper listener.
 *
 * @param service The service this listener is associated with
 */
public MapperListener(Service service) {
    this.service = service;
    this.mapper = service.getMapper();
}

service.getMapper() 返回的是 StandardService 对象的 mapper 成员变量。

/**
 * Mapper.
 */
protected final Mapper mapper = new Mapper();

Mapper是 Tomcat 处理 Http 请求时非常重要的组件。Tomcat 使用 Mapper 来处理一个 Request 到 Host、Context 的映射关系，从而决定使用哪个 Service 来处理请求。

MapperListener 也是继承自 LifecycleMBeanBase，不过没有重载 initInternal 方法。

2 StandardService#startInternal 方法

/**
 * Start nested components ({@link Executor}s, {@link Connector}s and
 * {@link Container}s) and implement the requirements of
 * {@link org.apache.catalina.util.LifecycleBase#startInternal()}.
 *
 * @exception LifecycleException if this component detects a fatal error
 *  that prevents this component from being used
 */
@Override
protected void startInternal() throws LifecycleException {

    if(log.isInfoEnabled())
        log.info(sm.getString("standardService.start.name", this.name));
    setState(LifecycleState.STARTING);

    // Start our defined Container first
    if (engine != null) {
        synchronized (engine) {
            engine.start();
        }
    }

    synchronized (executors) {
        for (Executor executor: executors) {
            executor.start();
        }
    }

    mapperListener.start();

    // Start our defined Connectors second
    synchronized (connectorsLock) {
        for (Connector connector: connectors) {
            // If it has already failed, don't try and start it
            if (connector.getState() != LifecycleState.FAILED) {
                connector.start();
            }
        }
    }
}

startInternal 跟 initInternal 方法一样，也是依次调用

engine.start();
executor.start();
mapperListener.start();
connector.start();

同样地，engine 和 connector 的 start 方法会分别单独讲解，这里先略过。

executor 的 start 方法初始化了内部的线程池。

2.1 MapperListener#startInternal 方法
MapperListener 的 startInternal 方法

@Override
public void startInternal() throws LifecycleException {

    setState(LifecycleState.STARTING);

    Engine engine = service.getContainer();
    if (engine == null) {
        return;
    }

    findDefaultHost();

    addListeners(engine);

    Container[] conHosts = engine.findChildren();
    for (Container conHost : conHosts) {
        Host host = (Host) conHost;
        if (!LifecycleState.NEW.equals(host.getState())) {
            // Registering the host will register the context and wrappers
            registerHost(host);
        }
    }
}

2.1.1 findDefaultHost() 方法
首先看 findDefaultHost() 方法

private void findDefaultHost() {

    Engine engine = service.getContainer();
    String defaultHost = engine.getDefaultHost();

    boolean found = false;

    if (defaultHost != null && defaultHost.length() > 0) {
        Container[] containers = engine.findChildren();

        for (Container container : containers) {
            Host host = (Host) container;
            if (defaultHost.equalsIgnoreCase(host.getName())) {
                found = true;
                break;
            }

            String[] aliases = host.findAliases();
            for (String alias : aliases) {
                if (defaultHost.equalsIgnoreCase(alias)) {
                    found = true;
                    break;
                }
            }
        }
    }

    if (found) {
        mapper.setDefaultHostName(defaultHost);
    } else {
        log.error(sm.getString("mapperListener.unknownDefaultHost", defaultHost, service));
    }
}

findDefaultHost() 是主要是找出 defaultHost ，并调用
mapper.setDefaultHostName(defaultHost);
这个 defaultHost 是 server.xml 的 <Engine> 标签的属性，一般都是 "localHost"。
从上面代码 for 代码块里可以看出，Host 是 Engine 的子 Container。for 语句就是找出一个名字跟 defaultHost 指定的名字相同的 Host 对象。

2.1.2 addListeners(engine) 方法

/**
 * Add this mapper to the container and all child containers
 *
 * @param container
 */
private void addListeners(Container container) {
    container.addContainerListener(this);
    container.addLifecycleListener(this);
    for (Container child : container.findChildren()) {
        addListeners(child);
    }
}

这个方法的作用是，将 MapperListener 这个监听器添加到 Engine 及其子容器中

2.1.3 for循环代码块
for循环代码块的作用就是，调用 registerHost方法来注册 Engine 的字容器 Host。

/**
 * Register host.
 */
private void registerHost(Host host) {

    String[] aliases = host.findAliases();
    mapper.addHost(host.getName(), aliases, host);

    for (Container container : host.findChildren()) {
        if (container.getState().isAvailable()) {
            registerContext((Context) container);
        }
    }

    // Default host may have changed
    findDefaultHost();

    if(log.isDebugEnabled()) {
        log.debug(sm.getString("mapperListener.registerHost",
                host.getName(), domain, service));
    }
}

registerHost 方法先调用 mapper.addHost，然后调用 registerContext 方法注册 Host 的子容器 Context。
mapper.addHost 方法是将 Host 加入的 Mapper 类的的成员变量
MappedHost[] hosts 中。
接着看 registerContext 方法

/**
 * Register context.
 */
private void registerContext(Context context) {

    String contextPath = context.getPath();
    if ("/".equals(contextPath)) {
        contextPath = "";
    }
    Host host = (Host)context.getParent();

    WebResourceRoot resources = context.getResources();
    String[] welcomeFiles = context.findWelcomeFiles();
    List<WrapperMappingInfo> wrappers = new ArrayList<>();

    for (Container container : context.findChildren()) {
        prepareWrapperMappingInfo(context, (Wrapper) container, wrappers);

        if(log.isDebugEnabled()) {
            log.debug(sm.getString("mapperListener.registerWrapper",
                    container.getName(), contextPath, service));
        }
    }

    mapper.addContextVersion(host.getName(), host, contextPath,
            context.getWebappVersion(), context, welcomeFiles, resources,
            wrappers);

    if(log.isDebugEnabled()) {
        log.debug(sm.getString("mapperListener.registerContext",
                contextPath, service));
    }
}

registerContext 里先获取一些对象，比如 WebResourceRoot 对象、WrapperMappingInfo 对象，然后调用 mapper.addContextVersion。

Mapper#addContextVersion 方法比较琐细，就不细讲了。
其主要逻辑是将 Context 对象，以及 Context 的子容器 Wrapper 对象，每一个都分别构建一个对应的 MappedContext 和 MappedWrapper 对象，
然后把 MappedContext 和 MappedWrapper 塞进 ContextVersion 对象中，
最后把 Context 和 ContextVersion 的对应关系放在 Mapper 对象的一个 Map 里。

这里的 MappedContext 和 MappedWrapper 在 Tomcat 处理 Http 请求的时候是比较关键的。

registerHost 最后再更新了一下可能发生改变里的的 defaultHost
。

3 engine、host、context、wrapper 和 connector

上面的分析中提到了 Engine、Host、Context、Wrapper 和 Connector。除了 Connector，其余的都是 Container 接口的实现类。
它们的父类是 ContainerBase，ContainerBase 继承自 LifecycleMBeanBase，因此 Container 也有生命周期方法。
每一个 Container 都可能有子 Container，其中，Engine 的子 Container 是 Host，Host 的子 Container 是 Context，Context 的子 Container 是 Wrapper，这里说的父子关系，不是指类继承关系，而是说一个 Container 内部有一个 Map，这个 Map 保存了其他类型的 Container。

Container 是能够执行客户端请求并且给出响应的对象，Tomcat 是用 这些 Container 对象逐层地处理请求的。关于 Container 是如何处理请求的，这里就不细讲了，留待后面的文章分析。

Connector 也继承了 LifecycleMBeanBase。Connector 是 Tomcat 的核心组件。他的主要作用是处理 Http 连接，并转发请求给 Container 处理的。

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小结
本篇文章介绍了 StandardService 的 init 和 start 方法，可以看出，StandardService 的 init、start 方法中调用 Engine、Connector、MapperListener 的 init、start 方法，通过这些对象的对应方法来完成 Service 的启动。
在本篇文章中，简单介绍了一下 Engine、Host、Context、Wrapper 和 Connector，这些都是 Tomcat 的核心组件。后面的文章将分别进入这些组件。