Tomcat架构解析之Web应用加载(下篇)

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我是靠谱客的博主等待航空，最近开发中收集的这篇文章主要介绍Tomcat架构解析之Web应用加载(下篇)，觉得挺不错的，现在分享给大家，希望可以做个参考。

概述

四、StandardContext

对于StandardHost和HostConfig来说，知识根据不同情况（部署描述文件、部署目录、WAR包）创建并且启动Context对象，并不包含具体的Web应用初始化以及启动工作，该部分工作由组件Context完成。

先给出Web容器相关的静态结构如下图所示：
在这里插入图片描述
从上图可知，Tomcat提供的ServletContext实现类为ApplicationContext。但是，该类仅提供Tomcat服务器使用，Web应用使用的是其门面类ApplicationContextFacade。FilterConfig实现类为ApplicationFilterConfig，同时该类也负责Filter的实例化。FilterMap用于存储filter-mapping配置。NamingResources用于存储Web应用声明的命名服务（JNDI）。StandardContext通过servletMappings属性存储servlet-mapping配置。

接下来看一下StandardContext的启动过程：

发布正在启动的JMX通知，这样可以通过添加NotificationListener来监听Web应用的启动。
启动当前Context维护的JNDI资源。
初始化当前Context使用的WebResourceRoot并启动。WebResourceRoot维护了Web应用所有的资源集合（Class文件、Jar包以及其他资源文件），主要用于类加载和按照路径查找资源文件。
创建Web应用类加载器（WebappLoader）。WebappLoader继承自LifecycleMBeanBase，在其启动时创建Web应用类加载器（WebappClassLoader）。此外，该类还提供了background-Pocess，用于Context后台处理。当检测到Web应用的类文件、Jar包发生变更时，重新加载Context。
如果没有设置Cookie处理器，则创建默认的Rfc6265CookiePrcessor。
设置字符集映射（CharsetMapper），该映射主要用于根据Locale获取字符集编码。
初始化临时目录，默认为&CATALINA_BASE/work/<Engine名称>/<Host名称>/<Context名称>。
Web应用的依赖检测，主要检测依赖扩展点完整性。
如果当前Context使用JNDI，则为其添加NamingContextListener。
启动Web应用类加载器（WebappLoader.start），此时才真正创建WebappClassLoader实例。
启动安全组件（Realm）。
发布CONFIGURE_START_EVENT事件，ContextConfig监听该事件以完成Servlet的创建。
启动Context子节点（Wrapper）。
启动COntext维护的Pipeline 。
创建会话管理器。如果配置了集群组件，则由集群组件创建，负责使用标准的会话管理器（StandardManager）。在集群环境下，需要将会话管理器注册到集群组件。
将Context的Web资源集合添加到ServletContext属性，属性名称为org.appche.catalina.resources。
创建实例管理器（InstanceManager），用于创建对象实例，如Servlet、Filter等。
将Jar包扫描器（JarScanner）天机到ServletContext属性，属性名称为org.appche.tomcat.JarScanner。
合并ServletContext初始化参数和Context组件中的ApplicationParameter。合并原则：ApplicationParameter配置为可以覆盖，那么只有当ServletContext没有相关参数或者相关参数为空时添加；如果配置为不可覆盖，则强制添加，此时即使ServletContext配置了同名参数也不会生效。
启动添加到当前Context的SevletContainerInitializer。该类的实例具体由ContextConfig查找并添加，该类的主要用于以可编程方式添加Web应用的配置，如Servlet、Filter等。
实例化应用监听器（ApplicationListener），分为事件监听器以及生命周期监听器。这些监听器可以通过Context部署描述文件、可编程的方式或者Web.xml添加，并且触发ServletContextListener.contextInitialized。
检测未覆盖的HTTP方法的安全约束。
启动会话管理器。
实例化FilterConfig（ApplicationFilterConfig）、Filter，并且调用Filter.init初始化。
对于LoadOnstartup >= 0的Wrapper，调用Wrapper.load()，该方法负责实例化Servlet，并调用Servlet.init进行初始化。
启动后台定时处理线程。只有backgroundProcessorDelay>0时启动，用于监控守护文件的变更等。当backgroundProcessorDelay<=0，表示Context的后台任务上级容器（Host）调度。
发布正在运行的JMX通知。
调用WebResourceRppt.gc()释放资源（WebResourceRoot加载资源时，为了提高性能会缓存某个信息，该方法用于清理这些资源，如关闭JAR文件）。
设置Context的状态，如果启动成功，设置为STARTING（其父类LifecycleBase会自动将状态转换为STARTED），否则设置为FAILED。

通过上面的讲述，我们已经占到了StandardContext的整个启动过程，但是这部分工作并不包含如何解析Web.xml中的Servlet、请求映射、Filter等相关配置。这部分工作具体是由COntextConfig完成的。

五、ContextConfig

Context创建时会默认添加一个生命周期监听器——ContextConfig。该监听器一共处理6类事件，但是仅讲解其中
与Context气动关系重大的3类：AFTER_INIT_EVENT、BEFORE_START+EVENT、CONFIGURE_START_EVENT，以便理解该类在Context启动中扮演的角色。

1.AFTER_INIT_EVENT事件

严格意义上来讲，该事件属于Context初始化节点，他主要用于Context属性的配置工作。

Context的创建可以有已下几个来源：

在实例化Server时，解析server.xml文件中的Context元素创建。
在HostConfig部署Web应用时，解析Web应用（目录或者WAR包）根目录下的EMTA-INF/context.xml文件创建。如果不存在该文件，则自动创建一个Context对象，仅设置path、docBase等少数几个属性。
在Host部署Web应用时，解析$CATALINA_BASE/conf/<Engine名称>/<Host名称>下的Context部署描述文件创建。

除了Context创建时的属性配置，将Tomcat提供的默认配置也一并添加到Context实例（如果Context没有显示的配置这些属性）这部分工作即由改时间完成，具体过程如下：
（1）如果Context的override属性为false（即使用默认配置）：

如果C存在conf/context.xml文件（Catalina容器级默认配置），那么解析该文件，更新当前Context实例属性；
如果存在conf/<Engine名称>/<Host名称>/context.xml.default文件（Host级默认配置），那么解析该文件，更新当前Context实例属性。

（2）如果Context的configFile属性不为空，那么解析该文件，更新当前Context实例的属性。

通过上面的执行顺序我们可以知道，Tomcat中的Context属性的优先级为：configFile、conf/<Engine名称>/<Host名称>/context.xml.default、conf/context.xml，即Web应用配置优先级最高，其次为Host配置，Catalina容器配置优先级最低。

2.BEFORE_START_EVENT事件
该事件在Context启动之前触发，用于更新Context的docBase属性和解决Web目录锁的问题。

更新Context的docBase属性主要是为了满足WAR部署的情况。当Web应用为一个WAR压缩包且需要解压部署（Host的unpackWAR为true，并且Context的unpackWAR为true）时，docBase属性指向的是解压后的文件夹目录，而非WAR包的路径。

具体的处理过程如下：
（1）根据Host的appBase以及Context的docBase计算docBase的绝对路径。
（2）如果是docBase为一个WAR文件，且需要解压部署：

解压WAR文件；
将Context的docBase更新为解压后的路径（基于appBase的相对路径）。

（3）如果docBase为一个有效目录，而且存在与该目录同名的WAR包，同时需要解压部署，则重新解压WAR包。
（4）如果docBase为一个不存在的目录，但是存在与该目录同名的WAR包，同时需要解压部署：

解压WAR文件；
将Context的docBase更新为解压后的路径（基于appBase的相对路径）。

当 Context的antiResourceLocking属性为true时，Tomcat会将当前的Web应用目录复制到临时文件夹下，以避免对原目录的资源加锁，具体过程如下：

（1）根据Host的appBase以及Context的docBase计算docBase的绝对路径。
（2）计算临时文件夹中的Web应用根目录或WAR包名。

Web目录：${Context生命周期内的部署次数} - ${目录名}。
WAR包：${COntext生命周期内的部署次数} - ${WAR包名}。

（3）复制Web目录或者WAR包到临时目录。
（4）将Context的docBase更新为临时目录下的Web应用目录或者WAR包路径。

通过上面的讲解，无论是AFTER_INIT_EVENT还是BEFORE_START_EVENT的处理，仍属于启动前的准备工作，以确保Context相关属性的准确性。而真正创建Wrapper的则是CONFIGURE_START_EVENT事件。

3.CONFIGURE_START_EVENT事件
Context在启动子节点之前，触发了CONFIGURE_START_EVENT事件。ContextConfig正是通过该事件解析web.xml，创建Wrapper（Servlet）、Filter、ServletContextListener等一系列Web容器相关的对象，完成Web容器的初始化。

先从整体上看一下ContextConfig在处理CONFIGURE_START_EVENT事件时做了哪些工作，然后再具体介绍web.xml的解析过程，该事件的主要工作内容如下：

根据配置创建Wrapper（Servlet）、Filter、ServletContextListener等，完成Web容器的初始化。除了解析Web应用目录下的web.xml外，还包括Tomcat默认配置、web-fragment.xml、ServletContainerInitializer，以及相关XML文件的排序和合并。
如果StandardContext的ignoreAnnotations为false，则解析应用程序注解配置，添加相关的JNDI资源引用。
基于解析完的Web容器，检测Web应用部署描述中的安全角色名称，当发现使用了未定义的角色时，提示警告同时将未定义的角色添加到Context安全角色列表中。
当Context需要进行安全认证但是没有指定具体的Authenticator时，根据服务器配置自动创建默认实例。

【1】Web容器初始化
根据Sevlet规范，Web应用部署描述可来源于WEB-INF/web.xml、Web应用JAR包中的META-INF/web-fragment.xml和META-INF/services/javax.servlet.ServletContainerInitializer。

其中META-INF/services/javax.serviceServletContainerInitializer文件中配置了所属AJR该接口的实现类，用于动态注册Servlet，这是Servlet规范基于SPI机制的可编程实现。

除了Servlet规范中提到的部署描述方式，Tomcat还支持默认配置，以简化Web应用的配置工作。这些默认配置包括容器级别（conf/web.xml）和Host级别（conf/<Engine名称>/<Host名称>/web.xml.default）。Tomcat解析时确保Web应用中的配置优先级最高，其次为Host，最后为容器级。

Tomcat初始化Web容器的过程如下：
（1）解析默认配置，生成WebXml对象（Tomcat使用对象表示web.xml的解析结果）。先解析容器级别配置，然后再解析Host级别。这样对于同名配置，Host级将覆盖容器级。为了便于后续过程描述，暂且称之为“默认WebXml”。为了提升性能，ContextConfig对默认WebXml进行了缓存，以避免重复解析。

（2）解析Web用的web.xml文件。如果StandardContext的altDDName不为空，则将该属性指向的文件作为web.xml，否则使用默认路径，即WEB-INF/web.xml。解析结果同样为WebXml对象（此时创建的对象为主WebXml，其他解析结果均需要合并到该对象上）。暂时将其称为“主WebXml”。

（3）扫描Web应用所有JAR包，如果包含META-INF/web-fragment.xml，则解析文件并创建WebXml对象。暂时将其称为“片段WebXml”。

（4）将web-fragment.xml创建的WebXml对象按照Servlet规范进行排序，同时将排序结果对应的JAR文件名列表设置到ServletContext属性中，属性名为javax.servlet.context.orderedLibs。该排序非常重要，因为这决定了Filter等的执行顺序。

（5）查找ServletContainerInitializer实现，并且创建实例，查找范围分为两个部分：

Web应用下的包：如果javax.servlet.context.orderdLibs不为空，仅搜索该属性包含的包，否则搜索WEB-INF/lib下的所有包。
容器包：搜索所有包。

（6）根据ServletContainerInitializer查询结果以及javax.servlet.annotation.HandlesTypes注解配置，初始化typeinitializerMap和initializerClassMap两个映射（主要用于后续的注解检测），前者表示类对应的ServletContainerInitializer集合，而后者表示每个ServletContainerInitializer对应的类的集合，具体类由javax.servlet.annotation.HandlesTypes注解指定。

（7）当“主WebXml”的metadataComplete为false或者typeInitializerMap不为空时：

处理WEB-INF/class下的注解，对于该目录下的每个类应该做如下处理：

检测javax.servlet.annotation.HandlesTypes注解。
当WebXml的metadataComplete为false，查找javax.servlet.annotation.WebServlet、javax.servlet.annotation.WebFilter、javax.servlet.annotation.WebListener注解配置，将其合并到“主WebXml”。

处理JAR包内的注解妹纸处理包含web-fragment.xml的JAR，对于JAR包中的每一个类做如下处理：

检测javax.servlet.annotation.HandlesTypes注解；
当“主WebXml”和“片段WebXml”的metadataComplete均为false，查找javax.servlet.annotation.WebServlet、javax.servlet.annotation.WebFilter、javax.servlet.annotation.WebListener注解配置，将其合并到“片段WebXml”。

（8）如果“主WebXml”的metadataComplete为false，将所有的“片段WebXml”按照排序顺序合并到“主WebXml”。

（9）将“默认WebXml”合并到“主WebXml”。

（10）配置JspServlet。对于当前Web应用中JspFile属性不为空的Servlet，将其servletClass设置为org.apache.jasper.servlet.JspServlet（Tomcat提供的引擎），将JspFile设置为Servlet的初始化参数，同时将名称为“Jsp”的Servlet（见conf/web.xml）的初始化参数也复制到该Servlet中。

（11）使用“主WebXml”配置当前StandardContext，包括Servlet、Filter、Listener等Servlet规范中支持的组件。对于ServletContext层级的对象，直接由StandardContext维护，对于Servlet，则创建StandardWrapper子对象，并且添加到StandardContext实例。

（12）将合并后的WebXml保存到ServletContext属性中，便于后续处理复用，属性，名称为org.apache.tomcat.util.scan.MergedWebXml。

（13）查找JAR包“META-INF/resources/”下的静态资源，并添加到StandardContext。

（14）将ServletContainerInitializer扫描结果添加到StandardContext，以便StandardContext启动时使用

至此，StandardContext在正式启动StandardWrapper子对象之前，完成了Web应用容器的初始化，包括Servlet规范中设计的各类组件、注解以及可编程方式的支持。

【2】应用程序注解配置
当StandardContext的ignoreAnnotations为false时，Tomcat支持读取如下接口的Java命名服务注解配置，添加相关的JNDI资源引用，以便在实例化相关接口时，进行JNDI资源依赖注入。

六、StandardWrapper

StandardWrapper具体维护了Servlet实例，而在StandardContext启动过程中，StandardWrapper的处理分为两部分：

首先，当通过ContextConfig完成Web日期初始化后，先调用StandardWrapper.start，此时StandardWrapper组件的状态将变成STARTED（出广播启动通知外，不进行其他处理）。
其次，对启动时加载的Servler（load-on-startup>=0），调用StandardWrapper.load，完成Servlet的加载。

StandardWrapper的load过程具体如下：

创建Servlet实例，如果添加了JNDI资源注解，将进行依赖注入。
读取javax.servlet.annotation.MultipartConfig注解配置，以用于multipart/form-data请求处理，包括临时文件存储路径、上次文件最大字节数、请求最大字节数、文件大小阀值。
读取javax.servlet.annptation.ServletSecurity()注解配置，添加Servlet安全。
调用javax.servlet.Servlet.init()方法进行Servlet初始化。