SpringBoot与TomCat、servlet、socket关系(TomCat启动流程)一

socket:又称为套接字,是网络通信的端点,是一个抽象概念,是完成TCP/UDP协议的接口与封装,所以它也是工作在osi模型中的传输层,针对TCP和UDP协议,操作系统提供了不同的实现接口(TCP协议:java.net.Socket,UDP协议:java.net.DatagramSocket
Http等协议在TCP/UDP协议的基础上进行了扩展,其工作在osi模型的应用层,所以其底层也是用的socket连接。
servlet:是java针对HTTp协议的web编程提供的一套编程规范,包括一整套的编程接口API,如请求头Header、请求体Request、响应体Response、会话session等。
Tomcat:是实现了servlet的规范的一个web服务器(同样的服务器如Jetty等)。
SpringBoot:集成了Tomcat等web服务器,并对其进行扩展,增强了很多利于开发者业务开发功能的一套后端开发服务框架。

有了上面这些背景知识,我们可以思考下一个最简单的后端服务器如何开发。理论上,我们只需要利用TCP协议和socket的API就可以实现。在学习网络编程的时候,我们应该都学习过,通过socket监听一个端口号,来创建与另一个计算机的连接,这个就是最简易的服务器。建立socket连接就是TCP协议三次握手的过程。

当socket建立连接后,我们便可以通过其进行传输和写入数据。将其前面数据读出来并按照http协议规定的内容进行校验,便可以将其升级为http连接,并获取其传输的除开协议相关真正的有效数据,针对不同的请求url,从而进行业务上的处理。
很多时候,我们业务只需要关注传输的有效业务数据,解析协议校验等内容大多都是相似且重复的。针对此java提出了一套servlet规范,一个web服务器收到socket请求后建立连接,将其解析成标准的header、Request、Response等。开发者只需要关注业务代码的编写与处理。
Tomcat就是一个这样的服务器,实现了建立socket连接,解析header、请求头Request等这些公共部分的功能,开发者只需要关注URL和收到请求后的具体的业务代码处理(javax.servlet.Servlet.service()方法中的逻辑)。

下面介绍一下Tomcat收到一个网络请求执行的一套链路逻辑,使用版本为9.0.35
默认使用的是NIO。由上面知道了一个网络服务器大概工作流程,下面从源码分析一下。

1、首先是开启端口监听:
org.apache.tomcat.util.net.NioEndpoint


在初始化的时候调用方法监听端口,并且会启动一个线程Acceptor来接收请求连接。

2、等待网络连接

org.apache.tomcat.util.net.Acceptor


3、处理网络请求

收到网络请求成功创建socket后便需要处理网络请求。

看下this.endpoint.setSocketOptions(socket)方法做了什么

可以看到该方法将socket进行了一些装饰,最终注册到Poller中去就返回了,从最上面可以看到启动的时候也启动了一个Poller的工作线程
让我们再看看注册到Poller中的请求是如何工作的



这里我们先看下Poller的类结构信息

    public class Poller implements Runnable {
        private Selector selector = Selector.open();
        private final SynchronizedQueue<NioEndpoint.PollerEvent> events = new SynchronizedQueue();
        private volatile boolean close = false;
        private long nextExpiration = 0L;
        private AtomicLong wakeupCounter = new AtomicLong(0L);
        private volatile int keyCount = 0;
        void run()
        ...省略
}

注册后会生成一个Event事件并调用addEvent()方法,将事件加入到events队列中,等待run方法处理。



主要是通过events方法判断是否有io事件,我们看下这个方法做了什么



该方法的主要功能就是将io事件注册到Poller中的selector上去。熟悉NIO的应该可以看出,TomCat的Poller是对selector进行了封装,本质上就是selector。

this.processKey()方法来处理具体的请求事件

Poller.processKey()--->NioEndpoint.this.processSocket()这里结束了Poller的工作流程,将其提交给工作线程池去处理

org.apache.tomcat.util.net.AbstractEndpoint


NioEndPoint.SocketProcessor---->NioEndpoint.this.getHandler().process()--->org.apache.coyote.AbstractProtocol.process()--->org.apache.coyote.AbstractProcessorLight.process()---->org.apache.coyote.http11.Http11Processor.service()

经过层层转发处理到了Http11Processor.service()方法



这里已经初步成型,请求头等信息也解析完毕,但是这里的request和Response还不是业务上使用的对象,还不满足servlet规范。

org.apache.catalina.connector.CoyoteAdapter

这里TomCat的网络连接处理部分其实就已经完成了,org.apache.catalina.connector.Request继承了HttpServletRequest类,满足了servlet的规范

接下来的任务就是将request和Response交给业务代码区处理,以及处理的一些前置与后置工作(如过滤器与拦截器)。

TIPS:
TomCat内部提供了不同的IO实现(包括AIO等)以及不同的HTTP协议解析处理实现

EndPoint继承体系.png

processor继承体系.png

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