Tomcat 架构原理解析到架构设计借鉴 (3)

EndPoint是一个接口,对应的抽象实现类是 AbstractEndpoint,而 AbstractEndpoint的具体子类,比如在 NioEndpoint和 Nio2Endpoint中,有两个重要的子组件:Acceptor和 SocketProcessor。

其中 Acceptor 用于监听 Socket 连接请求。SocketProcessor用于处理 Acceptor 接收到的 Socket请求,它实现 Runnable接口,在 Run方法里调用应用层协议处理组件 Processor 进行处理。为了提高处理能力,SocketProcessor被提交到线程池来执行。

我们知道,对于 Java 的多路复用器的使用,无非是两步:

创建一个 Seletor,在它身上注册各种感兴趣的事件,然后调用 select 方法,等待感兴趣的事情发生。

感兴趣的事情发生了,比如可以读了,这时便创建一个新的线程从 Channel 中读数据。

在 Tomcat 中 NioEndpoint 则是 AbstractEndpoint 的具体实现,里面组件虽然很多,但是处理逻辑还是前面两步。它一共包含 LimitLatch、Acceptor、Poller、SocketProcessor和 Executor 共 5 个组件,分别分工合作实现整个 TCP/IP 协议的处理。

LimitLatch 是连接控制器,它负责控制最大连接数,NIO 模式下默认是 10000,达到这个阈值后,连接请求被拒绝。

Acceptor跑在一个单独的线程里,它在一个死循环里调用 accept方法来接收新连接,一旦有新的连接请求到来,accept方法返回一个 Channel 对象,接着把 Channel对象交给 Poller 去处理。

Poller 的本质是一个 Selector,也跑在单独线程里。Poller在内部维护一个 Channel数组,它在一个死循环里不断检测 Channel的数据就绪状态,一旦有 Channel可读,就生成一个 SocketProcessor任务对象扔给 Executor去处理。

SocketProcessor 实现了 Runnable 接口,其中 run 方法中的 getHandler().process(socketWrapper, SocketEvent.CONNECT_FAIL); 代码则是获取 handler 并执行处理 socketWrapper,最后通过 socket 获取合适应用层协议处理器,也就是调用 Http11Processor 组件来处理请求。Http11Processor 读取 Channel 的数据来生成 ServletRequest 对象,Http11Processor 并不是直接读取 Channel 的。这是因为 Tomcat 支持同步非阻塞 I/O 模型和异步 I/O 模型,在 Java API 中,相应的 Channel 类也是不一样的,比如有 AsynchronousSocketChannel 和 SocketChannel,为了对 Http11Processor 屏蔽这些差异,Tomcat 设计了一个包装类叫作 SocketWrapper,Http11Processor 只调用 SocketWrapper 的方法去读写数据。

Executor就是线程池,负责运行 SocketProcessor任务类,SocketProcessor 的 run方法会调用 Http11Processor 来读取和解析请求数据。我们知道,Http11Processor是应用层协议的封装,它会调用容器获得响应,再把响应通过 Channel写出。

工作流程如下所示:

Processor

Processor 用来实现 HTTP 协议,Processor 接收来自 EndPoint 的 Socket,读取字节流解析成 Tomcat Request 和 Response 对象,并通过 Adapter 将其提交到容器处理,Processor 是对应用层协议的抽象。

从图中我们看到,EndPoint 接收到 Socket 连接后,生成一个 SocketProcessor 任务提交到线程池去处理,SocketProcessor 的 Run 方法会调用 HttpProcessor 组件去解析应用层协议,Processor 通过解析生成 Request 对象后,会调用 Adapter 的 Service 方法,方法内部通过 以下代码将请求传递到容器中。

// Calling the container connector.getService().getContainer().getPipeline().getFirst().invoke(request, response); Adapter 组件

由于协议的不同,Tomcat 定义了自己的 Request 类来存放请求信息,这里其实体现了面向对象的思维。但是这个 Request 不是标准的 ServletRequest ,所以不能直接使用 Tomcat 定义 Request 作为参数直接容器。

Tomcat 设计者的解决方案是引入 CoyoteAdapter,这是适配器模式的经典运用,连接器调用 CoyoteAdapter 的 Sevice 方法,传入的是 Tomcat Request 对象,CoyoteAdapter负责将 Tomcat Request 转成 ServletRequest,再调用容器的 Service方法。

容器

连接器负责外部交流,容器负责内部处理。具体来说就是,连接器处理 Socket 通信和应用层协议的解析,得到 Servlet请求;而容器则负责处理 Servlet请求。

容器:顾名思义就是拿来装东西的, 所以 Tomcat 容器就是拿来装载 Servlet。

Tomcat 设计了 4 种容器,分别是 Engine、Host、Context和 Wrapper。Server 代表 Tomcat 实例。

要注意的是这 4 种容器不是平行关系,属于父子关系,如下图所示:

容器

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