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《how tomcat works》笔记

2018年07月07日

简介

对一个java web应用来说,Tomcat是首,SSM是中,JVM是尾。我们通常对于SSM是比较了解的,而忽略了首尾,而Tomcat在目前的网络编程中是举足轻重的。如果能够掌握Tomcat的原理,那么是非常有用的,比如:

  1. Tomcat到底是如何处理一个请求的?这对于针对Tomcat的性能调优是必备的。
  2. 目前Spring Boot和Dubbo等框架中都是使用的内嵌Tomcat,那么一个内嵌的Tomcat到底是如何运行的?
  3. Tomcat的架构设计其实非常优秀的,如果能明白Tomcat为什么要那么设计,那么对于Tomcat的原理和自己的架构设计思维都能有很大提升。

《how tomcat works》的书写方式类似于 从0到1 写tomcat,从一个入门级程序猿的demo 代码开始,逐渐演化 出一个web 容器。

代码的演化

新手的直观感觉

While(true){
	Socket socket = serverSocket.accept();
	inputStream in = xxx
	OutputStream out = xx
	按照http协议读取和写入
}

进化

Whle(true){
	Socket socket = serverSocket.accept();
	inputStream in = xxx
	OutputStream out = xx
	Request request= new Request(in)
	Response reponse = new Response (out)
	HttpProcessor processor = new HttpProcessor(request,response)
}

进化

class Bootstrap{
	public static void main(String[] args){
		HttpConnector connector = new HttpConnector();
		connector.start();
	}
}

HttpConnector implements Runnalbe{
	public void run(){
		socket = serversSocket.accept();
		while(){
			HttpProcessor processor = new HttpProcessor(this);
			processor.process(socket)
		}
	}	
}


class HttpProcessor{
	public void process(Socket socket){
		request = xxx
		response = xxx
		if(request.getRequestURI().startsWith(“/servlet/”)){
			ServletProcessor processor = new ServletProcessor();
			Processor.process(request,response);
		}else{
			StaticResourceProcessor processor = new StaticResourceProcessor();
			processor.process(request,response)
		}
	}
}

httpConnector,接受socket,传给HttpProcessor,解析request和response。HttpProcessor传给Container,container.invoke(request,response)实现具体的业务逻辑。

Class Container{
	Invoke(request,response){
		Pipeline.invoke(request,response)
	}
}

更准确的说:详解tomcat的连接数与线程池 Connector的主要功能,是接收连接请求,创建Request和Response对象用于和请求端交换数据;然后分配线程让Engine(也就是Servlet容器)来处理这个请求,并把产生的Request和Response对象传给Engine。当Engine处理完请求后,也会通过Connector将响应返回给客户端。

Container容器(tomcat 中叫 Catalina )有父子关系,有四种容器:

  1. engine(引擎) , 为一个域名找到 合适的 host
  2. host(主机) , 为一个域名下的url返回处理它的context
  3. context(上下文),代表一个web 项目,加载配置文件,调用sessionManager 等
  4. wrapper(包装器),包装一个servlet

父子关系,就是分层,在不同的层次解决不同的问题。

对于每一个连接,连接器都会调用关联容器的 invoke 方法。接下来容器调用它 的所有子容器的 invoke 方法。但容器并不是invoke方法的简单包装,为了invoke方法可以正常执行,容器必须“加载servlet(对于wrapper容器来讲,适当时机执行servlet.init,servlet.destroy),加载配置文件(对于context来讲)等”外围工作,不同级别的容器,所做的外围工作不同。

过滤器

== 接口定义 ==

public interface Filter {   
    .....          
    //执行过滤   
    public void doFilter ( ServletRequest request, ServletResponse response, FilterChain chain ) throws IOException, ServletException;   
}   
  
public interface FilterChain {   
    public void doFilter ( ServletRequest request, ServletResponse response ) throws IOException, ServletException;   
} 

== 实现类 ==

class ApplicationFilterChain implements FilterChain {   
	private int pos=0;
	public void doFilter ( ServletRequest request, ServletResponse response ) throws IOException, ServletException{
	   //pos为当前filter的所在位置,n为filters数组的长度   
	   if (pos < n) {   
            //pos++执行后,把filterchain的当前filter指向下一个   
            ApplicationFilterConfig filterConfig = filters[pos++];   
            Filter filter = null;   
            try {   
                filter = filterConfig.getFilter();   
                //filter执行过滤操作   
                filter.doFilter(request, response, this);   
            }   
            ...   
	   }
   }
}   
  
class SampleFilter implements Filter {   
      ........   
      public void doFilter(ServletRequest request, ServletResponse response,FilterChain chain)   
        throws IOException, ServletException {   
         //do something    
         .....   
         //request, response传递给下一个过滤器进行过滤   
         chain.doFilter(request, response);   
    }   
}

chain.doFilter 就是一个内部递归,只是分散在了两个对象上执行。

== 我当时想起来的方式 ==

Filter{
	Boolean doFilter(req,resp);
}
FilterChain{
	doFilter(req,resp){
		Filters = xxx;
		for(int i=0;i<n;i++){
			if(! filters[i].doFilter(req,resp)){
				break;
			}
		}
		servlet.service(req,resp)
	}
}

这种方式有以下缺点

  1. 处理完filter,还得单独调用一下servlet。而tomcat的模式,filter和servlet是兼容的
  2. 这种方式只能实现前向过滤,不能实现后置过滤,要知道,在tomcat的filter中可以

线程池

多线程

  1. HttpProcessor 会被封装成 runnable 交給Executor 执行。 所以,所谓丢弃 连接,或者服务端执行 超时,都要从线程池 提交任务 这个事情来理解
  2. 线程池的核心 就两个事儿:核心线程数、等待队列。因此,tomcat中 也会对应有 最小线程数、最大线程数、队列长度(tomcat 中叫acceptCount)等配置。可见,tomcat 某一个时刻能处理的最大请求数 由最大线程数 + 队列长度 决定的。
  3. 线程池 线程数 是有限的,超过线程数 会在队列中等待。如果队列已满,则会执行reject 策略。 默认策略是:线程池 拒绝 HttpProcessor 为主体的 runnable,服务端关闭 socket,抛异常。客户端感知到 连接被关闭了 connection refused。
  4. 如果 一个线程 执行超时,则客户端会断开连接。此时,服务端线程 仍然继续 持有 socket 并做运算,只是最终向socket 写入数据时(connector.OutputBuffer.realWriteBytes(OutputBuffer.java:393)),会报Broken pipe异常(当然,这只是引起Broken pipe 原因之一)。

     org.apache.catalina.connector.ClientAbortException: java.io.IOException: Broken pipe  
     at org.apache.catalina.connector.OutputBuffer.realWriteBytes(OutputBuffer.java:393)  
     at org.apache.tomcat.util.buf.ByteChunk.flushBuffer(ByteChunk.java:426)  
     at org.apache.catalina.connector.OutputBuffer.doFlush(OutputBuffer.java:342)  
     at org.apache.catalina.connector.OutputBuffer.close(OutputBuffer.java:295)  
     at org.apache.catalina.connector.Response.finishResponse(Response.java:453)  
     at org.apache.catalina.core.StandardHostValve.throwable(StandardHostValve.java:378)  
    

    客户端tcp 连接关闭时,服务端会有大量的CLOSE_WAIT 状态的连接,检查服务端CLOSE_WAIT 连接数 也是定位问题的手段之一。