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解密Springboot内嵌Tomcat

Java学习提升 2020-07-01

Springboot简介

相信大多数开发者对Springboot比较熟悉了,它能够快速地创建一个spring应用,能够完全摒弃XML的配置方式,并且内嵌了Tomcat、Jetty这样的Servlet容器,即无需再将应用打包成war部署。

在Springboot之前,部署一个应用如下

而现在,由于Springboot内嵌了Servlet容器,于是可以将应用打包成jar,直接运行一个jar包就能启动一个web服务。

Springboot是如何做到的呢?接下来进入今天的正题

Tomcat-embed

Springboot能够将Tomcat内嵌,是因为Tomcat提供了一套JavaAPI,能够通过Tomcat tomcat = new Tomcat()来创建一个Tomcat容器。

只需要引入Maven依赖

接下来我们通过Springboot源码来看看,spring是如何使用这套API与自身结合的

Springboot源码解读

首先,任意一个Springboot应用,都有一个main()函数作为应用的启动方法,里面调用了SpringApplication.run(MyApplication.class, args),我们就从这个run()开始,解密spring容器如何启动Tomcat。

这个run()的实现代码如下,这里去掉了一些与主线逻辑无关的代码

/**

* Run the Spring application, creating and refreshing a new

* {@linkApplicationContext}.

* @param args the application arguments (usually passed from a Java main method)

* @return a running {@link ApplicationContext}

*/

public ConfigurableApplicationContext run(String... args) {

ConfigurableApplicationContext context = null;

// 创建spring容器对象 ApplicationContext

context = createApplicationContext();

// 做一些初始化容器之前的预备操作

prepareContext(context, environment, listeners, applicationArguments, printedBanner);

// 启动spring容器核心方法,包括启动tomcat

refreshContext(context);

// 做一些容器启动之后的操作(当前这个方法是空的)

afterRefresh(context, applicationArguments);

return context;

}

看过Spring源码的同学应该清楚,启动spring容器的核心方法就是refresh(),而这里的方法名叫refreshContext(context),不过是springboot对refresh()的封装罢了,所以内部依然是调用的refresh(),于是我们来到这个核心方法内部

@Override

public void refresh() throws BeansException, IllegalStateException {

synchronized (this.startupShutdownMonitor) {

// 在容器启动之前做一些准备操作

prepareRefresh();

// 通知子类去刷新实例工厂

ConfigurableListableBeanFactory beanFactory = obtainFreshBeanFactory();

// 初始化当前容器中的实例工厂

prepareBeanFactory(beanFactory);

try {

// 允许容器中的基类对实例工厂进行后置处理

postProcessBeanFactory(beanFactory);

// 调用实例工厂中的后置处理器

invokeBeanFactoryPostProcessors(beanFactory);

// 注册实例的后置处理器,在创建实例时进行拦截

registerBeanPostProcessors(beanFactory);

// 初始化消息资源

initMessageSource();

// 初始化容器中的事件处理器

initApplicationEventMulticaster();

// 初始化一些在特定容器中特殊的实例

onRefresh();

// 检查监听器的实例并注册它们

registerListeners();

// 实例化所有非懒加载的实例

finishBeanFactoryInitialization(beanFactory);

// 最后一步:发布一些响应事件

finishRefresh();

}

catch (BeansException ex) {

...

}

finally {

...

}

}

}

当这个方法调用完,spring容器就基本完成了初始化过程,tomcat当然也是在这个方法内部完成的创建

创建WebServer容器

Springboot内嵌的各种web容器实例,都是在onRefresh()中进行创建的。

查看方法实现可以发现这个方法是个空方法

protected void onRefresh() throws BeansException {

// For subclasses: do nothing by default.

}

但是其子类的都实现了这个方法,子类列表如下

因为Tomcat是一个Servlet容器,所以我们直接看ServletWebServerApplicationContext这个类中是如何实现的

进入这个类中,该方法的实现代码比较容易看懂,重点在createWebServer(),这里同样只保留了主要代码

@Override

protected void onRefresh() {

super.onRefresh();

createWebServer();

}

private void createWebServer() {

WebServer webServer = this.webServer;

ServletContext servletContext = getServletContext();

if (webServer == null && servletContext == null) {

// 通过工厂创建WebServer实例

ServletWebServerFactory factory = getWebServerFactory();

this.webServer = factory.getWebServer(getSelfInitializer());

}

}

前面1-5步都是在配置Tomcat,而完成Tomcat是在第6步getTomcatWebServer(tomcat)完成的,我们接着进去看看

getTomcatWebServer(tomcat)方法返回一个TomcatWebServer对象

TomcatWebServer对象是springboot对Tomcat对象的封装,内部存了tomcat实例的引用,这里执行的是TomcatWebServer的构造方法,

protected TomcatWebServer getTomcatWebServer(Tomcat tomcat) {

return new TomcatWebServer(tomcat, getPort() >= 0);

}

构造方法内部如下

public TomcatWebServer(Tomcat tomcat, boolean autoStart) {

Assert.notNull(tomcat, "Tomcat Server must not be null");

this.tomcat = tomcat;

this.autoStart = autoStart;

initialize();

}

我们主要来看initialize(),在这个方法内部会调用tomcat.start()

private void initialize() throws WebServerException {

synchronized (this.monitor) {

try {

// 给Engine命名

addInstanceIdToEngineName();

// 获取Host中的Context

Context context = findContext();

// 绑定Context的生命周期监听器

context.addLifecycleListener((event) -> {

if (context.equals(event.getSource()) && Lifecycle.START_EVENT.equals(event.getType())) {

removeServiceConnectors();

}

});

// 启动tomcat,触发初始化监听器

this.tomcat.start();

// 启动过程中子线程的异常从主线程抛出

rethrowDeferredStartupExceptions();

// 给当前Context绑定类加载器

ContextBindings.bindClassLoader(context, context.getNamingToken(), getClass().getClassLoader());

// tomcat的所有线程都是守护线程,这里启动一个阻塞的非守护线程来确保tomcat能及时停止

startDaemonAwaitThread();

}

catch (Exception ex) {

...

}

}

}

要注意的是这个方法启动的是tomcat工作需要的一些守护线程,并非是web服务;我们可以来看看start()的定义

/**

* Prepare for the beginning of active use of the public methods other than

* property getters/setters and life cycle methods of this component. This

* method should be called before any of the public methods other than

* property getters/setters and life cycle methods of this component are

* utilized. The following {@link LifecycleEvent}s will be fired in the

* following order:

*

* BEFORE_START_EVENT: At the beginning of the method. It is as this

* point the state transitions to

* {@link LifecycleState#STARTING_PREP}.

* START_EVENT: During the method once it is safe to call start() for

* any child components. It is at this point that the

* state transitions to {@link LifecycleState#STARTING}

* and that the public methods other than property

* getters/setters and life cycle methods may be

* used.

* AFTER_START_EVENT: At the end of the method, immediately before it

* returns. It is at this point that the state

* transitions to {@link LifecycleState#STARTED}.

*

*

*

* @exception LifecycleException if this component detects a fatal error

* that prevents this component from being used

*/

public void start() throws LifecycleException;

启动Web服务

真正完成springboot启动的方法,依然是由TomcatWebServer这个类完成的,这个类封装了控制整个web服务声明周期的方法,比如initialize(), start(), stop()等等,而这个start()显然就是web服务启动的方法了。

@Override

public void start() throws WebServerException {

synchronized (this.monitor) {

Connector connector = this.tomcat.getConnector();

if (connector != null && this.autoStart) {

performDeferredLoadOnStartup();

}

logger.info("Tomcat started on port(s): " + getPortsDescription(true) + " with context path '"

+ getContextPath() + "'");

}

}

看到这个方法里的这行log,大家应该很熟悉了,说明最终启动web容器的函数就是performDeferredLoadOnStartup()

performDeferredLoadOnStartup()方法内部逻辑如下

private void performDeferredLoadOnStartup() {

for (Container child : this.tomcat.getHost().findChildren()) {

if (child instanceof TomcatEmbeddedContext) {

((TomcatEmbeddedContext) child).deferredLoadOnStartup();

}

}

}

public void deferredLoadOnStartup() throws LifecycleException {

doWithThreadContextClassLoader(getLoader().getClassLoader(),

() -> getLoadOnStartupWrappers(findChildren()).forEach(this::load));

}

getLoadOnStartupWrappers()负责将Wrapper按照loadOnStartup的优先级进行重排序,这里的主要逻辑就是按照Wrapper的优先级,依次调用wrapper.load(),然后打印"Tomcat started on port …"完成web容器启动。

最后,还有一个问题未解答,就是start()是何时调用的?

start()何时调用

要解答这个问题,可以通过观察springboot的启动日志,看"Tomcat started on port …"这行日志是何时打印的。

按照这个方法,我们不难发现,这行日志仍然是在spring容器的refresh()里打印出来的,继续深入最终是锁定了refresh()里的最后一步,也就是finishRefresh()

ServletWebServerApplicationContext重写了finishRefresh()

@Override

protected void finishRefresh() {

super.finishRefresh();

WebServer webServer = startWebServer();

if (webServer != null) {

publishEvent(new ServletWebServerInitializedEvent(webServer, this));

}

}

private WebServer startWebServer() {

WebServer webServer = this.webServer;

if (webServer != null) {

webServer.start();

}

return webServer;

}

上面方法中的WebServer是一个接口,里面有三个方法start(), stop(), getPort() TomcatWebServer对其进行了实现,其中的start()就是在这里调用的,这里也就是最终启动web服务的地方。

至此,Springboot内嵌web服务器的秘密解开了。

总结

Spring框架基于接口的设计模式,使得整个框架具有良好的扩展性。我们再来回顾下spring是如何整合tomcat的。

首先,通过继承AbstractApplicationContext,重写onRefresh()对web容器进行初始化,重写finishRefresh()启动web服务。

其次,spring抽象了WebServer接口,提供了“启动”和“停止”两个基本方法,具体方法由不同的web容器各自实现,其中tomcat的实现类叫TomcatWebServer。

最后,TomcatWebServer在构造方法中调用initialize()初始化tomcat,调用start()方法启动web服务,在spring容器销毁之前调用stop()完成tomcat生命周期。


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