Tomcat Servlet 工作原理

Tomcat Servlet 工作原理

简单叙述Tomcat Servlet工作原理，做一下笔记。

Servlet

Servlet有很多种实现，例如：Jetty、Tomcat，这里以Tomcat为例介绍。
Tomcat容器等级中，Context容器直接管理Servlet在容器中的包装类Wrapper，所以Context容器如何运行将直接影响Servlet工作方式。Tomcat容器模型如下图：

如图所示：
Tomcat容器分为4个等级，管理Servlet容器是Context容器，一个Context对应一个Web工程，在Tomcat撇址文件中可以发现这点。

Tomcat解析Context容器过程及如何构建Servlet

Servlet容器启动过程

从Tomcat7开始支持嵌入式功能，增加了一个启动类 org.apache.catalina.startup.Tomcat。创建一个实例对象并调用Start方法就可以启动Tomcat。还可以通过此对象增加和修改Tomcat配置参数，如动态增加Context、Servlet等。

Tomcat启动逻辑是基于观察者模式设计的，所有容器都会继承Lifecycle接口，它管理容器的整个生命周期，所有容器修改和状态改变都会由它通知已经注册的观察者（Listener）。

Tomcat启动时序图：

Web应用初始化工作

初始化工作是由ContextConfig的configureStart方法实现，应用初始化主要解析web.xml文件，此文件描述web应用的关键信息，也是一个Web应用入口。
web.xml文件中的各个配置项将会解析成相应的属性保存在WebXml对象中。
WebXml对象中的属性又会设置到Context容器中，这里包括Servlet对象、filter、listener等，所以说Context容器才是真正运行Servlet的Servlet容器。
一个Web应用对应一个Context容器，容器配置属性由应用web.xml指定。

创建Servlet实例

创建Servlet对象

如果Servlet的load-on-startup配置大于0，Context容器启动就会实例化。
默认会启动两个Servlet：
org.apache.catalina.servlets.defaultServlet
org.apache.jasper.servlet.JspServlet
它们的load-on-startup分别是1和3。

创建Servlet实例方法，从Wrapper.loadServlet开始。
loadServlet方法完成后获取到servletClass；
然后把servletClass交给InstanceManager创建一个基于servletClass.class的对象；
如果Servlet配置了jsp-file，那么这个servletClass就在conf/web.xml中定义的org.apache.jasper.servlet.JspServlet了;

初始化Servlet对象

初始化Servlet在StandardWrapper的initServlet方法中，这个方法调用Servlet的init()方法，同时把StandardWrapper对象的StandardWrapperFacade作为ServletConfig传给Servlet。如果该Servlet关联的是一个JSP文件，那么前面初始化的就是JspServlet，接下来会模拟一次简单请求，请求调用这个JSP文件，以便编译这个JSP文件为类，并初始化这个类。这样Servlet对象就初始化完成了。
StandardWrapper的initServlet方法时序图：

Servlet体系结构

• Servlet顶层类的关联图如下：
  
  从上图可以看出，与Servlet主动关联三个类，分别是：ServletConfig、ServletRequest、ServletResponse。
  一次请求对应的 Request和Response类转化如下图：
  

Servlet如何工作

浏览器向服务器发送请求，请求大概如下：

Tomcat中URL与Servlet容器通过类org.apache.tomcat.util.http.mapper来完成映射，Mapper会根据请求的hostname和contextpath将host和context容器设置到Request的mappingData属性中。
servlet能帮我们完成所有工作，现今Web应用很少直接将交互的全部页面用Servlet实现，而是采用更加高效的MVC框架实现。这些MVC框架的基本原理是将所有的请求都映射到一个Servlet，然后去实现Servlet方法，这个方法也就是MVC框架的入口。
当Servlet从Servlet容器中移除时，表明该Servlet生命周期结束，这是Servlet调用destroy方法执行后续操作。

Servlet中的Listener

整个Tomcat服务器中，Listener使用非常广泛，是 基于观察者模式设计 ，Listener的设计为开发Servlet应用程序提供了一种便捷的方式，令其可以控制程序和数据。
目前在Servlet中提供了下图所示的类型：

它们基本涵盖了整个Servlet生命中期中关键的事件，这些Listener实现类可以配置在web.xml标签中，当然也可以在应用程序中添加Listener，但是ServletContextListener在容器启动之后不能再添加新的，因为它所监听的事件不会再次触发。

Filter如何工作

Filter是web.xml中另一个常用的配置项。Filter可以完成与Servlet相同工作，它不仅提供来request和response对象，还提供了一个FilterChain对象，这个对象可以让我们更灵活地控制请求的流转。
下面是Filter相关的类结构图：

Filter的作用，可以过滤请求和响应信息。

Servlet 中的 url-pattern

web.xml中配置项，作用是匹配一次请求是否执行这个Servlet或者Filter。
一个请求最终被分配到一个Servlet中是通过org.apache.tomcat.util.http.Mapper类完成，这个类会根据请求到的URL来匹配在每个Servlet中配置的函数，所以在请求被创建时就已经匹配来。
Filter的url-pattern匹配是在创建ApplicationFilterChain的filters对象时进行，会把所有定义Filter的url-pattern与当前URL匹配，匹配成功将Filter保存到ApplicationFilterChain的filters数组中，然后在FilterChain依次调用。
在web.xml加载时，首先检查配置是否符合规则，此检查是在StandardContext的validateURLPattern函数中进行，如果不成功，Context容器启动会失败，并且报java.lang.IllegalArgumentException:Invalid/a/*.htm in Servlet mapping错误。
匹配规则有如下三种：

• 精确匹配
  如/foo.htm只会匹配foo.htm这个URL；
• 路径匹配
  如/foo/*会匹配以foo为前缀的URL；
• 后缀匹配
  如*.htm会匹配所有以.htm为后缀的URL；