Tomcat 系统架构与设计模式，第 1 部分: 工作原理
本文以 Tomcat 5 为基础，也兼顾最新的 Tomcat 6 和 Tomcat 4。Tomcat 的基本设计思路和架构是具有一定连续性的。
从上图中可以看出 Tomcat 的心脏是两个组件：Connector 和 Container，关于这两个组件将在后面详细介绍。Connector 组件是可以被替换，这样可以提供给服务器设计者更多的选择，因为这个组件是如此重要，不仅跟服务器的设计的本身，而且和不同的应用场景也十分相关，所以一个 Container 可以选择对应多个 Connector。多个 Connector 和一个 Container 就形成了一个 Service，Service 的概念大家都很熟悉了，有了 Service 就可以对外提供服务了，但是 Service 还要一个生存的环境，必须要有人能够给她生命、掌握其生死大权，那就非 Server 莫属了。所以整个 Tomcat 的生命周期由 Server 控制。
从 Service 接口中定义的方法中可以看出，它主要是为了关联 Connector 和 Container，同时会初始化它下面的其它组件，注意接口中它并没有规定一定要控制它下面的组件的生命周期。所有组件的生命周期在一个 Lifecycle 的接口中控制，这里用到了一个重要的设计模式，关于这个接口将在后面介绍。
Tomcat 中 Service 接口的标准实现类是 StandardService 它不仅实现了 Service 借口同时还实现了 Lifecycle 接口，这样它就可以控制它下面的组件的生命周期了。StandardService 类结构图如下：
图 3. StandardService 的类结构图
从上图中可以看出除了 Service 接口的方法的实现以及控制组件生命周期的 Lifecycle 接口的实现，还有几个方法是用于在事件监听的方法的实现，不仅是这个 Service 组件，Tomcat 中其它组件也同样有这几个方法，这也是一个典型的设计模式，将在后面介绍。
下面看一下 StandardService 中主要的几个方法实现的代码，下面是 setContainer 和 addConnector 方法的源码：
清单 1. StandardService. SetContainer
它的标准实现类 StandardServer 实现了上面这些方法，同时也实现了 Lifecycle、MbeanRegistration 两个接口的所有方法，下面主要看一下 StandardServer 重要的一个方法 addService 的实现：
清单 3. StandardServer.addService
除了控制生命周期的 Start 和 Stop 方法外还有一个监听机制，在生命周期开始和结束的时候做一些额外的操作。这个机制在其它的框架中也被使用，如在 Spring 中。关于这个设计模式会在后面介绍。
Lifecycle 接口的方法的实现都在其它组件中，就像前面中说的，组件的生命周期由包含它的父组件控制，所以它的 Start 方法自然就是调用它下面的组件的 Start 方法，Stop 方法也是一样。如在 Server 中 Start 方法就会调用 Service 组件的 Start 方法，Server 的 Start 方法代码如下：
清单 4. StandardServer.Start
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Tomcat5 中默认的 Connector 是 Coyote，这个 Connector 是可以选择替换的。Connector 最重要的功能就是接收连接请求然后分配线程让 Container 来处理这个请求，所以这必然是多线程的，多线程的处理是 Connector 设计的核心。Tomcat5 将这个过程更加细化，它将 Connector 划分成 Connector、Processor、Protocol, 另外 Coyote 也定义自己的 Request 和 Response 对象。
下面主要看一下 Tomcat 中如何处理多线程的连接请求，先看一下 Connector 的主要类图：
图 7. Connector 的主要类图
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看一下 HttpConnector 的 Start 方法：
清单 6. HttpConnector.Start
?
threadStart() 执行就会进入等待请求的状态，直到一个新的请求到来才会激活它继续执行，这个激活是在 HttpProcessor 的 assign 方法中，这个方法是代码如下 ：
清单 7. HttpProcessor.assign
?
创建 HttpProcessor 对象是会把 available 设为 false，所以当请求到来时不会进入 while 循环，将请求的 socket 赋给当期处理的 socket，并将 available 设为 true，当 available 设为 true 是 HttpProcessor 的 run 方法将被激活，接下去将会处理这次请求。
Run 方法代码如下：
清单 8. HttpProcessor.Run
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当 Connector 接受到一个连接请求时，将请求交给 Container，Container 是如何处理这个请求的？这四个组件是怎么分工的，怎么把请求传给特定的子容器的呢？又是如何将最终的请求交给 Servlet 处理。下面是这个过程的时序图：
图 9. Engine 和 Host 处理请求的时序图
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这里看到了 Valve 是不是很熟悉，没错 Valve 的设计在其他框架中也有用的，同样 Pipeline 的原理也基本是相似的，它是一个管道，Engine 和 Host 都会执行这个 Pipeline，您可以在这个管道上增加任意的 Valve，Tomcat 会挨个执行这些 Valve，而且四个组件都会有自己的一套 Valve 集合。您怎么才能定义自己的 Valve 呢？在 server.xml 文件中可以添加，如给 Engine 和 Host 增加一个 Valve 如下：
清单 11. Server.xml
StandardEngineValve 和 StandardHostValve 是 Engine 和 Host 的默认的 Valve，它们是最后一个 Valve 负责将请求传给它们的子容器，以继续往下执行。
前面是 Engine 和 Host 容器的请求过程，下面看 Context 和 Wrapper 容器时如何处理请求的。下面是处理请求的时序图：
图 10. Context 和 wrapper 的处理请求时序图
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从 Tomcat5 开始，子容器的路由放在了 request 中，request 中保存了当前请求正在处理的 Host、Context 和 wrapper。
它的标准实现类是 StandardEngine，这个类注意一点就是 Engine 没有父容器了，如果调用 setParent 方法时将会报错。添加子容器也只能是 Host 类型的，代码如下：
清单 12. StandardEngine. addChild
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从上图中可以看出除了所有容器都继承的 ContainerBase 外，StandardHost 还实现了 Deployer 接口，上图清楚的列出了这个接口的主要方法，这些方法都是安装、展开、启动和结束每个 web application。
Deployer 接口的实现是 StandardHostDeployer，这个类实现了的最要的几个方法，Host 可以调用这些方法完成应用的部署等。
当这个 reloadable 设为 true 时，war 被修改后 Tomcat 会自动的重新加载这个应用。如何做到这点的呢 ? 这个功能是在 StandardContext 的 backgroundProcess 方法中实现的，这个方法的代码如下：
清单 15. StandardContext. backgroundProcess
Servlet 可以获得的信息都在 StandardWrapperFacade 封装，这些信息又是在 StandardWrapper 对象中拿到的。所以 Servlet 可以通过 ServletConfig 拿到有限的容器的信息。
当 Servlet 被初始化完成后，就等着 StandardWrapperValve 去调用它的 service 方法了，调用 service 方法之前要调用 Servlet 所有的 filter。
Tomcat 中其它组件
Tomcat 还有其它重要的组件，如安全组件 security、logger 日志组件、session、mbeans、naming 等其它组件。这些组件共同为 Connector 和 Container 提供必要的服务。
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参考资料
学习
查看本系列的第 2 部分：“Tomcat 设计模式分析”。讨论
加入 developerWorks 社区。原文：http://www.ibm.com/developerworks/cn/java/j-lo-tomcat1/
