从 Servlet 容器说起

要介绍 Servlet 必须要先把 Servlet 容器说清楚，Servlet 与 Servlet 容器的关系有点像枪和子弹的关系，枪是为子弹而生，而子弹又让枪有了杀伤力。虽然它们是彼此依存的，但是又相互独立发展，这一切都是为了适应工业化生产的结果。从技术角度来说是为了解耦，通过标准化接口来相互协作。既然接口是连接 Servlet 与 Servlet 容器的关键，那我们就从它们的接口说起。

前面说了 Servlet 容器作为一个独立发展的标准化产品，目前它的种类很多，但是它们都有自己的市场定位，很难说谁优谁劣，各有特点。例如现在比较流行的 Jetty，在定制化和移动领域有不错的发展，我们这里还是以大家最为熟悉 Tomcat 为例来介绍 Servlet 容器如何管理 Servlet。Tomcat 本身也很复杂，我们只从 Servlet 与 Servlet 容器的接口部分开始介绍，关于 Tomcat 的详细介绍可以参考我的另外一篇文章《 Tomcat 系统架构与模式设计分析》。

Tomcat 的容器等级中，Context 容器是直接管理 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 的工作方式。

从上图可以看出 Tomcat 的容器分为四个等级，真正管理 Servlet 的容器是 Context 容器，一个 Context 对应一个 Web 工程，在 Tomcat 的配置文件中可以很容易发现这一点，如下：

<Context path="/projectOne " docBase="D:\projects\projectOne" reloadable="true" />

下面详细介绍一下 Tomcat 解析 Context 容器的过程，包括如何构建 Servlet 的过程。

Tomcat7 也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 方法就可以很容易启动 Tomcat，我们还可以通过这个对象来增加和修改 Tomcat 的配置参数，如可以动态增加 Context、Servlet 等。下面我们就利用这个 Tomcat 类来管理新增的一个 Context 容器，我们就选择 Tomcat7 自带的 examples Web 工程，并看看它是如何加到这个 Context 容器中的。

Tomcat tomcat = getTomcatInstance(); File appDir = new File(getBuildDirectory(), "webapps/examples"); tomcat.addWebapp(null, "/examples", appDir.getAbsolutePath()); tomcat.start(); ByteChunk res = getUrl("http://localhost:" + getPort() + "/examples/servlets/servlet/HelloWorldExample"); assertTrue(res.toString().indexOf("<h1>Hello World!</h1>") > 0);

清单 1 的代码是创建一个 Tomcat 实例并新增一个 Web 应用，然后启动 Tomcat 并调用其中的一个 HelloWorldExample Servlet，看有没有正确返回预期的数据。

Tomcat 的 addWebapp 方法的代码如下：

public Context addWebapp(Host host, String url, String path) { silence(url); Context ctx = new StandardContext(); ctx.setPath( url ); ctx.setDocBase(path); if (defaultRealm == null) { initSimpleAuth(); } ctx.setRealm(defaultRealm); ctx.addLifecycleListener(new DefaultWebXmlListener()); ContextConfig ctxCfg = new ContextConfig(); ctx.addLifecycleListener(ctxCfg); ctxCfg.setDefaultWebXml("org/apache/catalin/startup/NO_DEFAULT_XML"); if (host == null) { getHost().addChild(ctx); } else { host.addChild(ctx); } return ctx; }

前面已经介绍了一个 Web 应用对应一个 Context 容器，也就是 Servlet 运行时的 Servlet 容器，添加一个 Web 应用时将会创建一个 StandardContext 容器，并且给这个 Context 容器设置必要的参数，url 和 path 分别代表这个应用在 Tomcat 中的访问路径和这个应用实际的物理路径，这个两个参数与清单 1 中的两个参数是一致的。其中最重要的一个配置是 ContextConfig，这个类将会负责整个 Web 应用配置的解析工作，后面将会详细介绍。最后将这个 Context 容器加到父容器 Host 中。

接下去将会调用 Tomcat 的 start 方法启动 Tomcat，如果你清楚 Tomcat 的系统架构，你会容易理解 Tomcat 的启动逻辑，Tomcat 的启动逻辑是基于观察者模式设计的，所有的容器都会继承 Lifecycle 接口，它管理者容器的整个生命周期，所有容器的的修改和状态的改变都会由它去通知已经注册的观察者（Listener），关于这个设计模式可以参考《 Tomcat 的系统架构与设计模式，第二部分：设计模式》。Tomcat 启动的时序图可以用图 2 表示。

上图描述了 Tomcat 启动过程中，主要类之间的时序关系，下面我们将会重点关注添加 examples 应用所对应的 StandardContext 容器的启动过程。

当 Context 容器初始化状态设为 init 时，添加在 Contex 容器的 Listener 将会被调用。ContextConfig 继承了 LifecycleListener 接口，它是在调用清单 3 时被加入到 StandardContext 容器中。ContextConfig 类会负责整个 Web 应用的配置文件的解析工作。

ContextConfig 的 init 方法将会主要完成以下工作：

• 创建用于解析 xml 配置文件的 contextDigester 对象
• 读取默认 context.xml 配置文件，如果存在解析它
• 读取默认 Host 配置文件，如果存在解析它
• 读取默认 Context 自身的配置文件，如果存在解析它
• 设置 Context 的 DocBase

ContextConfig 的 init 方法完成后，Context 容器的会执行 startInternal 方法，这个方法启动逻辑比较复杂，主要包括如下几个部分：

• 创建读取资源文件的对象
• 创建 ClassLoader 对象
• 设置应用的工作目录
• 启动相关的辅助类如：logger、realm、resources 等
• 修改启动状态，通知感兴趣的观察者（Web 应用的配置）
• 子容器的初始化
• 获取 ServletContext 并设置必要的参数
• 初始化“load on startup”的 Servlet
Web 应用的初始化工作

Web 应用的初始化工作是在 ContextConfig 的 configureStart 方法中实现的，应用的初始化主要是要解析 web.xml 文件，这个文件描述了一个 Web 应用的关键信息，也是一个 Web 应用的入口。

Tomcat 首先会找 globalWebXml 这个文件的搜索路径是在 engine 的工作目录下寻找以下两个文件中的任一个 org/apache/catalin/startup/NO_DEFAULT_XML 或 conf/web.xml。接着会找 hostWebXml 这个文件可能会在 System.getProperty("catalina.base")/conf/${EngineName}/${HostName}/web.xml.default，接着寻找应用的配置文件 examples/WEB-INF/web.xml。web.xml 文件中的各个配置项将会被解析成相应的属性保存在 WebXml 对象中。如果当前应用支持 Servlet3.0，解析还将完成额外 9 项工作，这个额外的 9 项工作主要是为 Servlet3.0 新增的特性，包括 jar 包中的 META-INF/web-fragment.xml 的解析以及对 annotations 的支持。

接下去将会将 WebXml 对象中的属性设置到 Context 容器中，这里包括创建 Servlet 对象、filter、listener 等等。这段代码在 WebXml 的 configureContext 方法中。下面是解析 Servlet 的代码片段：

for (ServletDef servlet : servlets.values()) { Wrapper wrapper = context.createWrapper(); String jspFile = servlet.getJspFile(); if (jspFile != null) { wrapper.setJspFile(jspFile); } if (servlet.getLoadOnStartup() != null) { wrapper.setLoadOnStartup(servlet.getLoadOnStartup().intValue()); } if (servlet.getEnabled() != null) { wrapper.setEnabled(servlet.getEnabled().booleanValue()); } wrapper.setName(servlet.getServletName()); Map<String,String> params = servlet.getParameterMap(); for (Entry<String, String> entry : params.entrySet()) { wrapper.addInitParameter(entry.getKey(), entry.getValue()); } wrapper.setRunAs(servlet.getRunAs()); Set<SecurityRoleRef> roleRefs = servlet.getSecurityRoleRefs(); for (SecurityRoleRef roleRef : roleRefs) { wrapper.addSecurityReference( roleRef.getName(), roleRef.getLink()); } wrapper.setServletClass(servlet.getServletClass()); MultipartDef multipartdef = servlet.getMultipartDef(); if (multipartdef != null) { if (multipartdef.getMaxFileSize() != null && multipartdef.getMaxRequestSize()!= null && multipartdef.getFileSizeThreshold() != null) { wrapper.setMultipartConfigElement(new MultipartConfigElement( multipartdef.getLocation(), Long.parseLong(multipartdef.getMaxFileSize()), Long.parseLong(multipartdef.getMaxRequestSize()), Integer.parseInt( multipartdef.getFileSizeThreshold()))); } else { wrapper.setMultipartConfigElement(new MultipartConfigElement( multipartdef.getLocation())); } } if (servlet.getAsyncSupported() != null) { wrapper.setAsyncSupported( servlet.getAsyncSupported().booleanValue()); } context.addChild(wrapper); }