tomcat 详解

首先搞清楚几个概念：Servlet容器与web容器。Servlet容器的主要任务是管理servlet的生命周期，而web容器更准确的说应该叫web服务器，它是来管理和部署web应用的。还有一种服务器叫做应用服务器，它的功能比web服务器要强大的多，它可以部署EJB应用，可以实现容器管理的事务，一般的应用服务器有weblogic和websphere等，它们都是商业服务器，功能强大但都是收费的。web容器最典型的就是tomcat，apache了。
Tomcat是一个免费的开源的Serlvet容器，也就是说它可以处理servlet请求。但它也不仅仅是一个servlet容器，它也是一个web容器，具有传统web服务器的功能，比如处理html页面等。但是它处理静态html，css，js的能力不如Apache，Apache只是web容器，不能用来处理jsp和servlet请求，但是它在对文字，图片，js，css等内容的请求有自己的一套管理方法，非常优秀，因此一般用来处理对这类静态资源的请求。因此，我们可以在部署应用的时候把tomcat和apache结合起来，让apache来负责处理静态资源的请求，而tomcat用来负责解析动态的jsp和servlet的请求。
在 Tomcat中，应用程序的部署很简单，只要讲应用打成WAR包，放到Tomcat的webapp目录下，Tomcat会自动检测到这个文件，并将其解压。通常在浏览器中第一次访问某个应用的jsp时，速度都会比较慢，这是因为Tomcat要将jsp解析成servlet文件，然后进行编译。编译过一次之后，以后再次访问这个页面，速度就会很快了。另外 Tomcat也提供了一个应用：manager，访问这个应用需要用户名和密码，用户名和密码存储在一个xml文件中。通过这个应用，辅助于Ftp，可以在远程通过Web部署和撤销应用。当然本地也可以。


① Server 一个server代表了整个catalina servlet容器，其实就是BackGroud程序，在Tomcat里面的Server的用处是启动和监听服务端事件（诸如重启、关闭等命令）。
② Service Service是由一个或多个Connector与一个Engine的组合。这些Connector共享一个Engine来处理请求。
③ Connector Connector将在某个指定的端口上来监听客户的请求，把从socket传递过来的数据，封装成Request，传递给Engine来处理，并从Engine处获得响应并返回给客户。 Tomcat通常会用到两种Connector： a) Http Connector 在端口8080处侦听来自客户browser的http请求。 b) AJP Connector 在端口8009处侦听来自其它WebServer(Apache)的servlet/jsp代理请求。
④ Engine 负责处理来自相关联的service的所有请求，处理后，将结果返回给service，而connector是作为service与engine的中间媒介出现的。 一个engine下可以配置多个虚拟主机，每个虚拟主机都有一个域名。当engine获得一个请求时，它把该请求匹配到某个虚拟主机(host)上，然后把请求交给该主机来处理。 Engine有一个默认主机，当请求无法匹配到任何一个虚拟主机时，将交给默认host来处理。
⑤ Host 代表一个虚拟主机，每个虚拟主机和某个网络域名（Domain Name）相匹配。 每个虚拟主机下都可以部署一个或多个web应用，每个web应用对应于一个context，有一个context path。 当Host获得一个请求时，将把该请求匹配到某个Context上，然后把该请求交给该Context来处理匹配的方法是“最长匹配”，所以一个path==””的Context将成为该Host的默认Context所有无法和其它Context的路径名匹配的请求都将最终和该默认Context匹配。
⑥ Context 一个Context对应于一个Web应用，一个Web应用由一个或者多个Servlet组成Context在创建的时候将根据配置文件$CATALINA_HOME/conf/web.xml和$WEBAPP_HOME/WEB-INF/web.xml载入Servlet类。当Context获得请求时，将在自己的映射表(mapping table)中寻找相匹配的Servlet类，如果找到，则执行该类，获得请求的回应，并返回。
在Container这层，包含了3种容器：Engine，Host，Context。容器里面又盛装着各种各样的组件，可以理解为提供各种各样的增值服务。 Manager：当一个容器里面装了manager组件后，这个容器就支持session管理了， 事实上在tomcat里面的session管理，就是靠的在context里面装的manager component。 Logger：当一个容器里面装了logger组件后，这个容器里所发生的事情，就被该组件记录下来了。我们通常会在logs/这个目录下看见catalina_log.time.txt以及localhost.time.txt和localhost_examples_log.time.txt。这就是因为我们分别为：engine，host以及context(examples)这三个容器安装了logger组件，这也是默认安装，又叫做标配。
下面我们来了解一下tomcat中的主要的配置文件： ① Server.xml 这个文件描述了如何启动tomcat server。
a) 在这个文件的开头我们就可以看到“<Server port="8005" shutdown="SHUTDOWN" debug="0">”，前面说到Tomcat里的Server的用处是启动和监听服务端事件，这里的“SHUTDOWN”就是server在监听服务端事件的时候所使用的命令字，server在端口8005处等待关闭命令，如果接收到”SHUTDOWN”字符串则关闭服务器。
b) 下面看一下connector的配置：

Java代码 
  1. <Connector port="8080" protocol="HTTP/1.1" URIEncoding="GBK" 
  2. maxThreads="150"     
  3.           minSpareThreads="25"     
  4.           maxSpareThreads="75"   
  5.           acceptCount="100" 
  6.           connectionTimeout="20000"  
  7.           redirectPort="8443" />  
   	 <Connector port="8080" protocol="HTTP/1.1" URIEncoding="GBK"
		   maxThreads="150"    
               minSpareThreads="25"    
               maxSpareThreads="75"  
               acceptCount="100"
               connectionTimeout="20000" 
               redirectPort="8443" />

         port：表示在端口号8080处侦听来自客户browser的HTTP1.1请求。 minProcessors ：该Connector先创建5个线程放入线程池中等待客户请求，每个客户请求由一个线程负责。 minSpareThreads：表示线程池中将始终保持有这么多个线程，即使没有人用也将开这么多空线程等待。 maxSpareThreads：表示线程池中最多可以保留的空闲线程数，例如maxSpareThreads=75，某时刻有80个请求在访问服务器，然后访问结束，这80个空闲的线程不会都保留下来，tomcat会关闭5个空闲线程，最多只保留75个空闲的线程。 maxThreads：线程池中的最大线程数量，表示服务器可以最多同时处理这么多个连接请求。当线程池中现有的线程不够服务客户请求时，若线程总数不足maxThreads，则创建新线程来处理请求。 acceptCount ：当现有线程已经达到最大数maxThreads时，接下来的客户请求将进入请求队列中进行排队，当排队队列中请求数超过acceptCount时，后来的请求将对其返回Connection refused错误。 redirectport ：当客户请求是https时，把该请求转发到端口8443去。
c) Engine的配置 Engine用来处理Connector收到的http请求，它将请求匹配到自己的某个虚拟主机上，并把请求转交给对应的host来处理。默认的虚拟主机是localhost。

Java代码 
  1. <Engine name="Catalina" defaultHost="localhost">  
<Engine name="Catalina" defaultHost="localhost">

d) 虚拟主机host的配置

Java代码 
  1. <Host name="localhost"  appBase="webapps" 
  2.       unpackWARs="true" autoDeploy="true" 
  3.       xmlValidation="false" xmlNamespaceAware="false">  
      <Host name="localhost"  appBase="webapps"
            unpackWARs="true" autoDeploy="true"
            xmlValidation="false" xmlNamespaceAware="false">

appBase表示了该虚拟主机localhost的根目录是webapps/，虚拟主机会将请求匹配到自己的context路径上，并把请求转交给对应的context来处理。
e) Context的配置

Java代码 
  1. <Context path="/adv" reloadable="false" docBase="E:workspaceaddataextract" />  
<Context path="/adv" reloadable="false" docBase="E:workspaceaddataextract" />

一个Context就代表了一个web应用，path表示该web应用的路径，docBase指定了该应用的根目录所在。
② Web.xml 前面说过了一个Context对应于一个Web App，每个Web App是由一个或者多个servlet组成的，而web.xml就是web app的部署配置文件。当一个Web App被初始化的时候，它将用自己的ClassLoader对象载入web.xml中定义的每个servlet类。
它首先载入在$CATALINA_HOME/conf/web.xml中部署的servlet类，然后载入在自己的Web App根目录下的WEB-INF/web.xml中部署的servlet类。
web.xml文件有两部分：servlet类定义和servlet映射定义。每个被载入的servlet类都有一个名字，且被填入该Context的映射表(mapping table)中，和某种URL PATTERN对应。当该Context获得请求时，将查询mapping table，找到被请求的servlet，并执行以获得请求回应。
下面我们来分析一下tomcat的$CATALINA_HOME/conf/web.xml，这个文件是所有web app的共用的部署配置文件。当部署一个web app时，这个文件将首先被读取处理，然后才是web app自己的在WEB-INF目录下的web.xml文件。

Java代码 
  1.     <servlet> 
  2.         <servlet-name>default</servlet-name> 
  3.         <servlet-class>org.apache.catalina.servlets.DefaultServlet</servlet-class> 
  4.         <init-param> 
  5.             <param-name>debug</param-name> 
  6.             <param-value>0</param-value> 
  7.         </init-param> 
  8.         <init-param> 
  9.             <param-name>listings</param-name> 
  10.             <param-value>false</param-value> 
  11.         </init-param> 
  12.         <load-on-startup>1</load-on-startup> 
  13. </servlet> 
  14.     <servlet-mapping> 
  15.         <servlet-name>default</servlet-name> 
  16.         <url-pattern>/</url-pattern> 
  17.     </servlet-mapping>  
    <servlet>
        <servlet-name>default</servlet-name>
        <servlet-class>org.apache.catalina.servlets.DefaultServlet</servlet-class>
        <init-param>
            <param-name>debug</param-name>
            <param-value>0</param-value>
        </init-param>
        <init-param>
            <param-name>listings</param-name>
            <param-value>false</param-value>
        </init-param>
        <load-on-startup>1</load-on-startup>
</servlet>
    <servlet-mapping>
        <servlet-name>default</servlet-name>
        <url-pattern>/</url-pattern>
    </servlet-mapping>

这个servlet是default servlet，也就是说当用户的Http请求无法匹配到任何一个servlet的时候，就执行该servlet。 这里面有个参数交listings，默认是设置为false的，因为tomcat6出于安全问题的考虑，默认是禁止目录浏览。之前版本的tomcat在访问某个目录的时候，例如test，tomcat会把test目录下的所有文件都列出来。但是这样一来的话，这个目录下的文件都变成对外可见的了。因此tomcat6默认是禁止这个功能的，当然，你可以把listings设置为true来开启这个功能。一般来说，在上到生产环境的时候，最好把listings设置为false。

Java代码 
  1. <servlet> 
  2.     <servlet-name>jsp</servlet-name> 
  3.     <servlet-class>org.apache.jasper.servlet.JspServlet</servlet-class> 
  4.     <init-param> 
  5.         <param-name>fork</param-name> 
  6.         <param-value>false</param-value> 
  7.     </init-param> 
  8.     <init-param> 
  9.         <param-name>xpoweredBy</param-name> 
  10.         <param-value>false</param-value> 
  11.     </init-param> 
  12.     <load-on-startup>3</load-on-startup> 
  13. </servlet> 
  14. <servlet-mapping> 
  15.     <servlet-name>jsp</servlet-name> 
  16.     <url-pattern>*.jsp</url-pattern> 
  17. </servlet-mapping> 
    <servlet>
        <servlet-name>jsp</servlet-name>
        <servlet-class>org.apache.jasper.servlet.JspServlet</servlet-class>
        <init-param>
            <param-name>fork</param-name>
            <param-value>false</param-value>
        </init-param>
        <init-param>
            <param-name>xpoweredBy</param-name>
            <param-value>false</param-value>
        </init-param>
        <load-on-startup>3</load-on-startup>
    </servlet>
    <servlet-mapping>
        <servlet-name>jsp</servlet-name>
        <url-pattern>*.jsp</url-pattern>
    </servlet-mapping>

这个jsp servlet也是很重要的，表示当请求的是一个jsp页面的时候（即请求.jsp时），将调用该servlet，它是一个jsp编译器，用来将请求的jsp页面编译成servlet再执行。

二 tomcat的启动

对于engine, host, context来说，它们都属于容器，当接收到客户端请求的时候，请求会被传递到容器中，在一个容器中处理完毕之后，会被传递给下一个容器处理。因此，我们可以这样理解tomcat，总的来说，tomcat就是一种自上而下，一个容器里面又嵌套包含了另一个子容器的结构。所以，在tomcat启动的时候，我们也可以想象，它必定要先启动父容器，然后再启动子容器，在启动每一层容器的时候，还会启动容器中的一些相关组件，当所有的容器与组件都安装启动完毕，那么tomcat就启动完毕了。
因此，很容易理解，tomcat 启动的第一步就是进行容器的装配，就是把父容器和子容器拼装起来，并且安装上相关的组件，这很像一个车间装配的过程。
当一切装配齐全，机器已经在各个工人的手中完全组装好了，那么接下来的一步，我们只需要按下开关，机器就可以工作啦。多么方便哪！
1、 一切事情的起点都源于org.apache.catalina.startup.Bootstrap的“引导”。Bootstrap负责对catalina的配置文件路径进行了一番指导，指定了三种类型的classLoader，接下来catalina就可以用这三种类型的classLoader来负责装配容器了。然后Bootstrap用反射机制调用了org.apache.catalina.startup.Catalina的process方法，引导catalina进行启动。
2、 Catalina的工作首先是用digester来装配各个容器与组件（degester是Jakarta子项目Commons下的一个模块，支持基于规则的对任意XML文档的处理，提供了一种将XML与Java对象进行映射的方便方法），这个装配就像我们上面说的那样，就是把server下的service进行安装，然后依次把service下的engine，host，context这些容器以及容器中的各种组件按照父子关系一一拼装。这些配置文件的来源都是Bootstrap之间就已经告知了的。在这里它只负责组装。 接着，catalina会对server进行初始化工作，主要就是把service中配置的connector进行初始化（HTTP与AJP）。 然后调用server的start方法，启动tomcat server。 最后，为server注册一个hook程序，检测当server shutdown的时候，关闭tomcat的各个容器。
3、 进入server的start方法。 启动server的容器的三个lifecycle事件：BEFORE_START_EVENT，START_EVENT，AFTER_START_EVENT。 启动server的子容器service。
4、 进入service的start方法。启动engine与connector。
5、 下面就开始进入engine了。 之前说过，engine, host与context都是容器，它们都继承自Container类。它们既然都是一种container，那么在处理手法上一定又很多类似的地方，因此，tomcat使用了ContainerBase这个类，把它作为engine, host与context的父类，让这些容器都可以通过super.start()方法来达到大部分主要逻辑的复用。
那么，我们首先就来看一下这个ContainerBase中都做了些什么，也就可以知道容器大致都怎么处理请求的。 a) 触发启动前事件(BEFORE_START_EVENT)。 b) 设置标签，表示该容器已启动。 c) 启动容器中的各个组件，如loader, logger, manager, cluster, realm, resources等。 d) 启动当前容器的子容器。 e) 启动当前容器的管道pipeline*。 f) 触发启动中事件(START_EVENT)。 g) 触发启动后事件(AFTER_START_EVENT)。 *：pipeline：当一个容器要把从上一级传递过来的需求转交给子容器的时候，它就会把这个需求放进容器的管道(pipeline)里面去，这个管道里面呢有多个阀门机关(value)，而需求在管道里面流动的时候，就会被管道里面的各个阀门拦截下来，只有满足了过关的要求，阀门才会放行。比如管道里面放了两个阀门，第一个阀门叫做“access_allow_vavle”，也就是说需求流过来的时候，它会看这个需求是哪个IP过来的，如果这个IP已经在黑名单里面了，OK，立马拦截，这个需求最远就只能走到这里了，不可能再往下走了！第二个阀门叫做“defaul_access_valve”，它会做例行的检查，如果通过的话，OK，把需求传递给当前容器的子容器。 就是通过这种方式， 需求就在各个容器里面传递，流动， 最后抵达目的地的了。
以上就是ContainerBase中进行的一些处理。尽管大部分内容都是共用的，但每个容器还是有一些自己特别的处理的，这些各个容器特有的任务都会放在调用ContainerBase之前进行处理。在engine中的特别处理包括engine自己的log以及mbean的处理等等。
6、 Host是engine的子容器，所以host也会调用ContainerBase的start()方法。 而host的特殊处理主要就是往pipeline里面安装了一个errorReportValue的阀门。这个errorReportValue的作用主要就是用来检查response的。需求在被Engine传递给Host后， 会继续传递给Context做具体的处理。 这里需求其实就是作为参数传递的Request, Response。所以在context把需求处理完后，通常会改动response。而这个org.apache.catalina.valves.ErrorReportValve的作用就是检察response是否包含错误， 如果有就做相应的处理。
7、 终于到了Context了。Context的启动是从 StandardContext的start()开始的。下面我们一步一步来看StandardContext的start()中都做了些什么。
a) 触发启动前事件(BEFORE_START_EVENT)。 b) 设置web app的具体目录webappResources。 c) 为context指定loader，Loader就是用来指定这个context会用到哪些类啊，哪些jar包啊这些什么的。 d) GetCharsetMapper()，得到字符编码格式，tomcat自己有一个默认的配置文件用来设置默认情况下的字符编码格式，如果用户没有自定义的话，就采用默认的配置，一般为为/org/apache/catalina/util/CharsetMapperDefault.properties。 e) postWorkDirectory ()，创建临时文件目录。Tomcat下面有一个work目录，用来存放临时文件。这个步骤就是在那里创建一个目录，一般说来会在%CATALINA_HOME%/work/Standalonelocalhost这个地方生成一个目录。 f) Binding thread()，负责绑定当前线程与context。首先要转换class loader，因为之前需要的是tomcat下的所有class和lib，接下来需要的就是当前context，也就是web app的class和lib了，所以要重新设置当前的的contextClassLoader，同时要记录下旧的class loader。然后就要进行线程的绑定了。

Java代码 
  1. threadBindings.put(Thread.currentThread(), context); 
  2. threadNameBindings.put(Thread.currentThread(), name);  
threadBindings.put(Thread.currentThread(), context);
threadNameBindings.put(Thread.currentThread(), name);

threadBindings和threadNameBindings都是HashTable，这两步操作把当前线程与当前的这个context绑定起来。接下来这个线程就作为这个web app的主线程了。 g) 启动当前context的loader。 h) 重置logger并启动它。 i) 若存在子容器，启动子容器，并启动其管道pipeline。 j) 触发START_EVENT事件监听，

Java代码 
  1. lifecycle.fireLifecycleEvent(START_EVENT, null);  
lifecycle.fireLifecycleEvent(START_EVENT, null);

在这个事件监听里面会启动ContextConfig的start()事件，ContextConfig是用来配置web.xml的。比如这个Context有多少Servlet，又有多少Filter，就是在这里给Context装上去的。ContextConfig主要做了这些工作：

Java代码 
  1. defaultWebConfig();    //每个context要配置一个默认的web.xml，就是omcat/conf/web.xml，这样container servlet才能被加载。 
  2. applicationWebConfig();    //配置web app自己的web.xml 
  3. validateSecurityRoles();   //验证访问角色的安全性。就是web app的部署权限，通常我们会通过访问/admin 或者/manager来进入应用的部署界面，一般用户是admin或者manager才能访问。访问的用户以及可以访问的资源都是可以限制的，这些都可以通过权限验证来实现。 
  4. authenticatorConfig();   //配置自动认证  
defaultWebConfig();    //每个context要配置一个默认的web.xml，就是omcat/conf/web.xml，这样container servlet才能被加载。
applicationWebConfig();    //配置web app自己的web.xml
validateSecurityRoles();   //验证访问角色的安全性。就是web app的部署权限，通常我们会通过访问/admin 或者/manager来进入应用的部署界面，一般用户是admin或者manager才能访问。访问的用户以及可以访问的资源都是可以限制的，这些都可以通过权限验证来实现。
authenticatorConfig();   //配置自动认证

k) 为context创建welcome files，通常是这三个启动文件：index.html、index.htm、index.jsp，它们就被默认地绑在了这个context上。 l) 触发AFTER_START_EVENT事件。 m) 配置listener。 n) 启动manager。Manager是用来管理session的。对于服务器来说，每个请求传递过来的时候，会在request里面加上一个叫做sessionId的属性，服务器就通过这个sessionId来知道这个请求到底是属于哪一个session的。 o) 启动context的后台主线程。 p) 配置filter。 q) 启动带有<load-on-startup>的Servlet。如<load-on-startup>1</load-on-startup>，启动的顺序从1开始按照数字从小到大，1, 2, 3 ……，最后才是0。 默认情况下，至少会启动如下3个的Servlet: org.apache.catalina.servlets.DefaultServlet 负责处理静态资源的Servlet，例如图片、html、css、js等等。 org.apache.catalina.servlets.InvokerServlet负责处理没有做Servlet Mapping的那些Servlet。 org.apache.jasper.servlet.JspServlet负责处理JSP文件。 r) 标识context已经启动完毕，如果在启动的时候发生错误，则stop server。 s) 注册JMX。registerJMX(); t) 关闭所有JAR，以免在启动的时候打开的文件数量总是很高。
如果文字看不下来的话，可以看看下面的流程图，如果你坚持看完了上面一大段话的话，呃，也可以再看看下面的图。


到这里tomcat就算启动完毕了，我们可以看到它的启动过程是一环套一环的过程，先是父容器，然后是子容器，一层层往下递进。

三  请求处理

在这第三部分里面我们主要看一下tomcat是如何接收客户端请求，并把这个请求一层一层的传递到子容器中，并最后交到应用程序中进行处理的。
首先，我们来了解一下什么叫做NIO和BIO。 在前面的解读tomcat里面，我们已经说到过了线程池。线程池，顾名思义，里面存放了一定数量的线程，这些线程用来处理用户请求。现在我们要讨论的NIO和BIO就是如何分配线程池中的线程来处理用户请求的方式。
BIO(Block IO)：阻塞式IO。在tomcat6之前一直都是采用的这种方式。当一个客户端的连接请求到达的时候，ServerSocket.accept负责接收连接，然后会从线程池中取出一个空闲的线程，在该线程读取InputStream并解析HTTP协议，然后把输入流中的内容封装成Request和Response，在线程中执行这个请求的Servlet ，最后把Response的内容发送到客户端连接并关闭本次连接。这就完成了一个客户端的请求过程。我们要注意的是在阻塞式IO中，tomcat是直接从线程池中取出一个线程来处理客户端请求的，那么如果这些处理线程在执行网络操作期间发生了阻塞的话，那么线程将一直阻塞，导致新的连接一直无法分配到空闲线程，得不到响应。

NIO(Non-blocking IO)：tomcat中的非阻塞式IO与阻塞式的不同，它采用了一个主线程来读取InputStream。也就是说当一个客户端请求到达的时候，这个主线程会负责从网络中读取字节流，把读入的字节流放入channel中。然后这个主线程就会到线程池中去找有没有空闲的线程，如果找到了，那么就会由空闲线程来负责从channel中取出字节，然后解析Http，转换成request和response，进行处理。当处理线程把要返回给客户端的内容放在Response之后，处理线程就可以把处理结束的字节流也放入channel中，最后主线程会给这个channel加个标识，表示现在需要操作系统去进行io操作，要把这个channel中的内容返回给客户端。这样的话，线程池中的处理线程的任务就集中在如何处理用户请求上了，而把与网络有交互的操作都交给主线程去处理。

对于这个非阻塞式IO，anne我想了一个很有趣的比喻，就好像去饭店吃饭点菜一样。餐馆的接待员就好像我们的操作系统，客人来了，他要负责记下客人的点菜，然后传达给厨房，厨房里面有好几位烧菜厨师（处理线程），主厨（主线程）呢比较懒，不下厨，只负责分配厨师的工作。现在来了一个客人，跟接待员说要吃宫宝鸡丁，然后接待员就写了张纸条，上面写了1号桌客人要点宫宝鸡丁，从厨房柜台上的一摞盘子里面拿了一个空的，把点菜单放在盘子里面。然后主厨就时刻关注这这些盘子，看到有盘子里面有点菜单的，就从厨房里面喊一个空闲的厨子说，你来把这菜给烧一下，这个厨子就从这个盘子里面拿出点菜单去烧菜了，好了这下这个盘子又空了，如果这时候还有客人来，那么接待员还可以把点菜单放到这个盘子里面去。等厨师烧好了菜，他就从柜台上找一个空盘子，把菜盛在里面，贴上纸条说这个是1号桌客人点的宫宝鸡丁。然后主厨看看，嗯，烧的还不错，可以上菜了，就在盘子上贴个字条说这盘菜烧好了，上菜去吧。最后接待员就来了，他一直在这候着呢，看到终于有菜可以上了，赶紧端去。嗯，自我感觉挺形象的，你们说呢？
因此，我们可以分析出tomcat中的阻塞式IO与非阻塞式IO的主要区别就是这个主线程。Tomcat6之前的版本都是只采用的阻塞式IO的方式，服务器接收了客户端连接之后，马上分配处理线程来处理这个连接；tomcat6中既提供了阻塞式的IO，也提供了非阻塞式IO处理方式，非阻塞式IO把接收连接的工作都交给主线程处理，处理线程只关心具体的如何处理请求。
好了，我们现在知道了tomcat是采用非阻塞式IO来分配请求的了。那么接下来我们就可以从发出一个请求开始看看tomcat是怎么把它传递到我们自己的应用程序中的。
程序员最爱看类图了，所以anne画了个类图，我们来照着类图，一个一个类来看。

我们首先从NioEndPoint开始，这个类是实际处理tcp连接的类，它里面包括一个操作线程池，socket接收线程(acceptorThread)，socket轮询线程(pollerThread)。
首先我们看到的是start()方法，在这个方法里面我们可以看到启动了线程池，acceptorThread和pollerThread。然后，在这个类中还定义了一些子类，包括SocketProcessor，Acceptor，Poller，Worker，NioBufferHandler等等。SocketProcessor，Acceptor，Poller和Worker都实现了Runnable接口。 我想还是按照接收请求的调用顺序来讲会比较清楚，所以我们从Acceptor开始。
1、Acceptor负责接收socket，一旦得到一个tcp连接，它就会尝试去从nioChannels中去取出一个空闲的nioChannel，然后把这个连接的socket交给它，接着它会告诉轮询线程poller，我这里有个channel已经准备好了，你注意着点，可能不久之后就要有数据过来啦。下面的事情它就不管了，接着等待下一个tcp连接的到来。 我们可以看一下它是怎么把socket交给channel的：

Java代码 
  1.    protected boolean setSocketOptions(SocketChannel socket) { 
  2.        try { 
  3.            ... //ignore 
  4.         //从nioChannels中取出一个channel 
  5.            NioChannel channel = nioChannels.poll(); 
  6.         //若没有可用的channel，根据不同情况新建一个channel 
  7.            if ( channel == null ) { 
  8.                if (sslContext != null) { 
  9.                    ...//ignore 
  10.                    channel = new SecureNioChannel(...); 
  11.                } else { 
  12.                    ...// normal tcp setup 
  13.                    channel = new NioChannel(...); 
  14.                } 
  15.            } else {                 
  16.                channel.setIOChannel(socket); 
  17.            ...//根据channel的类型做相应reset 
  18.            } 
  19.            getPoller0().register(channel); // 把channel交给poller 
  20.        } catch (Throwable t) { 
  21.            try {             
  22.            return false;   // 返回false，关闭socket 
  23.        } 
  24.        return true; 
  25. }  
    protected boolean setSocketOptions(SocketChannel socket) {
        try {
            ... //ignore
			//从nioChannels中取出一个channel
            NioChannel channel = nioChannels.poll();
			//若没有可用的channel，根据不同情况新建一个channel
            if ( channel == null ) {
                if (sslContext != null) {
                    ...//ignore
                    channel = new SecureNioChannel(...);
                } else {
                    ...// normal tcp setup
                    channel = new NioChannel(...);
                }
            } else {                
                channel.setIOChannel(socket);
			   ...//根据channel的类型做相应reset
            }
            getPoller0().register(channel); // 把channel交给poller
        } catch (Throwable t) {
            try {            
            return false;   // 返回false，关闭socket
        }
        return true;
 }

要说明的是，Acceptor这个类在BIO的endpoint类中也是存在的。对于BIO来说acceptor就是用来接收请求，然后给这个请求分配一个空闲的线程来处理它，所以是起到了一个连接请求与处理线程的作用。现在在NIO中，我们可以看到Acceptor.run()里面是把processSocket(socket);给注释掉了(processSocket这个方法就是分配线程来处理socket的方法，这个anne打算在后面讲)。


2、Poller这个类其实就是我们在前面说到的nio的主线程。它里面也有一个run()方法，在这里我们就会轮询channel啦。看下面的代码：

Java代码 
  1. Iterator iterator = keyCount > 0 ? selector.selectedKeys().iterator() : null; 
  2. while (iterator != null && iterator.hasNext()) { 
  3.             SelectionKey sk = (SelectionKey) iterator.next(); 
  4.          KeyAttachment attachment = (KeyAttachment)sk.attachment(); 
  5.          attachment.access(); 
  6.          iterator.remove(); 
  7.          processKey(sk, attachment); 
  8. }  
Iterator iterator = keyCount > 0 ? selector.selectedKeys().iterator() : null;
while (iterator != null && iterator.hasNext()) {
    		SelectionKey sk = (SelectionKey) iterator.next();
         KeyAttachment attachment = (KeyAttachment)sk.attachment();
         attachment.access();
         iterator.remove();
         processKey(sk, attachment);
 }

我们可以看到，程序遍历了所有selectedKeys，这个SelectionKey就是一种可以用来读取channel的钥匙。这个KeyAttachment又是个什么类型的对象呢？其实它记录了包括channel信息在内的又与这个channel息息相关的一些附加信息。MS很长的一句话，这么说吧，它里面有channel对象，还有lastAccess(最近一次访问时间)，error(错误信息)，sendfileData(发送的文件数据)等等。然后在processKey这个方法里面我们就可以把channel里面的字节流交给处理线程去处理了。 然后我们来看一下这个processKey方法：

Java代码 
  1. protected boolean processKey(SelectionKey sk, KeyAttachment attachment) { 
  2.             boolean result = true; 
  3.             try { 
  4.                 if ( close ) { 
  5.                     cancelledKey(sk, SocketStatus.STOP, false); 
  6.                 } else if ( sk.isValid() && attachment != null ) { 
  7.                     attachment.access(); 
  8.                     sk.attach(attachment); 
  9.                     NioChannel channel = attachment.getChannel(); 
  10.             ①        if (sk.isReadable() || sk.isWritable() ) { 
  11.             ②            if ( attachment.getSendfileData() != null ) { 
  12.                             processSendfile(sk,attachment,true); 
  13.                         } else if ( attachment.getComet() ) { 
  14.                             if ( isWorkerAvailable() ) { 
  15.                                 reg(sk, attachment, 0); 
  16.                                 if (sk.isReadable()) { 
  17.                                     if (!processSocket(channel, SocketStatus.OPEN)) 
  18.                                         processSocket(channel, SocketStatus.DISCONNECT); 
  19.                                 } else { 
  20.                                     if (!processSocket(channel, SocketStatus.OPEN)) 
  21.                                         processSocket(channel, SocketStatus.DISCONNECT); 
  22.                                 } 
  23.                             } else { 
  24.                                 result = false; 
  25.                             } 
  26.                         } else { 
  27.                             if ( isWorkerAvailable() ) { 
  28.                                 unreg(sk, attachment,sk.readyOps()); 
  29.      ③                           boolean close = (!processSocket(channel)); 
  30.                                 if (close) { 
  31.                                     cancelledKey(sk,SocketStatus.DISCONNECT,false); 
  32.                                 } 
  33.                             } else { 
  34.                                 result = false; 
  35.                             } 
  36.                         }                      } 
  37.                     }  
  38.                 } else { 
  39.                     //invalid key 
  40.                     cancelledKey(sk, SocketStatus.ERROR,false); 
  41.                 } 
  42.             } catch ( CancelledKeyException ckx ) { 
  43.                 cancelledKey(sk, SocketStatus.ERROR,false); 
  44.             } catch (Throwable t) { 
  45.                 log.error("",t); 
  46.             } 
  47.             return result; 
  48. } 
protected boolean processKey(SelectionKey sk, KeyAttachment attachment) {
            boolean result = true;
            try {
                if ( close ) {
                    cancelledKey(sk, SocketStatus.STOP, false);
                } else if ( sk.isValid() && attachment != null ) {
                    attachment.access();
                    sk.attach(attachment);
                    NioChannel channel = attachment.getChannel();
            ①        if (sk.isReadable() || sk.isWritable() ) {
            ②            if ( attachment.getSendfileData() != null ) {
                            processSendfile(sk,attachment,true);
                        } else if ( attachment.getComet() ) {
                            if ( isWorkerAvailable() ) {
                                reg(sk, attachment, 0);
                                if (sk.isReadable()) {
                                    if (!processSocket(channel, SocketStatus.OPEN))
                                        processSocket(channel, SocketStatus.DISCONNECT);
                                } else {
                                    if (!processSocket(channel, SocketStatus.OPEN))
                                        processSocket(channel, SocketStatus.DISCONNECT);
                                }
                            } else {
                                result = false;
                            }
                        } else {
                            if ( isWorkerAvailable() ) {
                                unreg(sk, attachment,sk.readyOps());
     ③                           boolean close = (!processSocket(channel));
                                if (close) {
                                    cancelledKey(sk,SocketStatus.DISCONNECT,false);
                                }
                            } else {
                                result = false;
                            }
                        }                      }
                    } 
                } else {
                    //invalid key
                    cancelledKey(sk, SocketStatus.ERROR,false);
                }
            } catch ( CancelledKeyException ckx ) {
                cancelledKey(sk, SocketStatus.ERROR,false);
            } catch (Throwable t) {
                log.error("",t);
            }
            return result;
}

首先是判断一下这个selection key是否可用，没有超时，然后从sk中取出channel备用。然后看一下这个sk的状态是否是可读的，或者可写的，代码①处。代码②处是返回阶段，要往客户端写数据时候的路径，程序会判断是否有要发送的数据，这部分我们后面再看，先往下看request进来的情况。然后我们就可以在下面看到开始进行真正的处理socket的工作了，代码③处，进入processSocket()方法了。

Java代码 
  1. protected boolean processSocket(NioChannel socket, SocketStatus status, boolean dispatch) { 
  2.     try { 
  3.         KeyAttachment attachment = (KeyAttachment)socket.getAttachment(false); 
  4.         attachment.setCometNotify(false);  
  5.         if (executor == null) { 
  6.        ④     getWorkerThread().assign(socket, status); 
  7.         } else { 
  8.             SocketProcessor sc = processorCache.poll(); 
  9.             if ( sc == null ) sc = new SocketProcessor(socket,status); 
  10.             else sc.reset(socket,status); 
  11.             if ( dispatch ) executor.execute(sc); 
  12.             else sc.run(); 
  13.         } 
  14.     } catch (Throwable t) { 
  15.         return false; 
  16.     } 
  17.     return true;  
    protected boolean processSocket(NioChannel socket, SocketStatus status, boolean dispatch) {
        try {
            KeyAttachment attachment = (KeyAttachment)socket.getAttachment(false);
            attachment.setCometNotify(false); 
            if (executor == null) {
           ④     getWorkerThread().assign(socket, status);
            } else {
                SocketProcessor sc = processorCache.poll();
                if ( sc == null ) sc = new SocketProcessor(socket,status);
                else sc.reset(socket,status);
                if ( dispatch ) executor.execute(sc);
                else sc.run();
            }
        } catch (Throwable t) {
            return false;
        }
        return true;
}

从④处可以看到明显是取了线程池中的一个线程来操作这个channel，也就是说在这个方法里面我们就开始进入线程池了。那么executor呢？executor可以算是一个配置项，如果使用了executor，那么线程池就使用java自带的线程池，如果不使用executor的话，就使用tomcat的线程池WorkerStack，这个WrokerStack我在后面有专门写它，现在先跳过。我们可以看到在start()方法里面，是这样写的：

Java代码 
  1.       if (getUseExecutor()) { 
  2.            if ( executor == null ) { 
  3.                executor = new ThreadPoolExecutor(...); 
  4.            } 
  5.        } else if ( executor == null ) { 
  6.            workers = new WorkerStack(maxThreads); 
  7. } 
           if (getUseExecutor()) {
                if ( executor == null ) {
                    executor = new ThreadPoolExecutor(...);
                }
            } else if ( executor == null ) {
                workers = new WorkerStack(maxThreads);
     }

好了，现在回到processSocket()，我们先来看有executor的情况，就是使用java自己的线程池。首先从processorCache中取出一个线程socketProcessor，然后把channel交给这个线程，启动线程的run方法。于是我们终于脱离主线程，进入了SocketProcessor的run方法啦！ 

3、SocketProcessor：这个类是真正处理用户请求的类。 我们只看最重要的一步，如何处理channel：

Java代码 
  1. boolean closed = (status==null)?(handler.process(socket)==Handler.SocketState.CLOSED) : (handler.event(socket,status)==Handler.SocketState.CLOSED);  
boolean closed = (status==null)?(handler.process(socket)==Handler.SocketState.CLOSED) : (handler.event(socket,status)==Handler.SocketState.CLOSED);

这里的handler是Http11NioProtocal里面的一个子类Http11ConnectionHandler。在这里对于这个socket有没有状态是分开处理的，还记得前面的processKey()方法里面，有好几处的if-else，有三个分支处都调用了processSocket()，有的是有status的，有的只有一个socket传进去，分别就在此处。其实大体都差不多，所以，我们就着重来看看handler.process()吧。
不管怎么样，我们首先都要得到一个processor对象，这个processor也是从一个可回收的数组中取出来的，然后主要的是调用processor的process方法。

Java代码 
  1. SocketState state = processor.process(socket);  
SocketState state = processor.process(socket);

在Http11NioProcessor的process方法就是用来从channel里面把字节流读出来，然后把它转换成容器需要的request和response对象（通过inputBuffer的parseRequestLine, parseRequest等方法来实现这个功能的）。然后，封装好了request，并且也创建好了response之后，会用adapter.service(request, response);来把request和response传递进context。

Java代码 
  1. public SocketState process(NioChannel socket){ 
  2. if (!error) { 
  3.      try { 
  4. adapter.service(request, response); 
  5. ... 
  6.          } 
  7.      } 
  8. } 
public SocketState process(NioChannel socket){
if (!error) {
     try {
adapter.service(request, response);
...
         }
     }
}

这个service方法中我们只关注下面一段。

Java代码 
  1. req.getRequestProcessor().setWorkerThreadName(Thread.currentThread().getName()); 
  2.       if (postParseRequest(req, request, res, response)) { 
  3.           connector.getContainer().getPipeline().getFirst().invoke(request, response); 
      req.getRequestProcessor().setWorkerThreadName(Thread.currentThread().getName());
            if (postParseRequest(req, request, res, response)) {
                connector.getContainer().getPipeline().getFirst().invoke(request, response);
}

好了，我们看到，第一步就是给这个request设置处理它的线程。第二步，在这个里面会对request进行一些处理，譬如说sessionId就是在这里处理的，通过parstSessionId把sessionId设置到request里面。第三步，就开始调用container了，接下来的过程anne我打算后面慢慢分解。
4、在NioEndpoint类中还有个子类叫做WorkerStack，这是一个存放Worker的堆栈。 前面在讲到调用processSocket方法的时候，说从这里开始要取线程池中的线程了，如果使用了executor，那么线程池就使用java自带的线程池，如果不使用executor的话，就使用tomcat的线程池WorkerStack。

Java代码 
  1. public class WorkerStack { 
  2.  
  3.         protected Worker[] workers = null; 
  4.         protected int end = 0; 
  5.         public WorkerStack(int size) { 
  6.             workers = new Worker[size]; 
  7.         } 
  8.         public void push(Worker worker) { 
  9.             workers[end++] = worker; 
  10.         } 
  11.         public Worker pop() { 
  12.             if (end > 0) { 
  13.                 return workers[--end]; 
  14.             } 
  15.             return null; 
  16.         } 
  17. ... 
  18. }  
public class WorkerStack {

        protected Worker[] workers = null;
        protected int end = 0;
        public WorkerStack(int size) {
            workers = new Worker[size];
        }
        public void push(Worker worker) {
            workers[end++] = worker;
        }
        public Worker pop() {
            if (end > 0) {
                return workers[--end];
            }
            return null;
        }
...
}

Workers[]当然不用说，是一个Worker对象的数组，end则是数组中Worker的个数。这都非常好理解。现在的问题就是Worker。Worker是用来处理socket的工具。 首先我们要通过getWorkerThread()来得到一个Worker对象，怎么的到呢，先看看workerStack里面有没有空闲的Worker啊，有的话最好，直接就拿出来了，没有的话，就新建一个呗，万一这么倒霉，线程数已经到顶了，不能新建了，那就请先稍微等等，等到有了空闲的worker，就唤醒getWorkerThread()方法。代码如下：

Java代码 
  1. protected Worker getWorkerThread() { 
  2.     Worker workerThread = createWorkerThread(); 
  3.     while (workerThread == null) { 
  4.         try { 
  5.             synchronized (workers) { 
  6.                 workerThread = createWorkerThread(); 
  7.                 if ( workerThread == null ) workers.wait(); 
  8.             } 
  9.         } catch (InterruptedException e) { 
  10.             // Ignore 
  11.         } 
  12.         if ( workerThread == null ) workerThread = createWorkerThread(); 
  13.     } 
  14.     return workerThread; 
  15. } 
    protected Worker getWorkerThread() {
        Worker workerThread = createWorkerThread();
        while (workerThread == null) {
            try {
                synchronized (workers) {
                    workerThread = createWorkerThread();
                    if ( workerThread == null ) workers.wait();
                }
            } catch (InterruptedException e) {
                // Ignore
            }
            if ( workerThread == null ) workerThread = createWorkerThread();
        }
        return workerThread;
    }

顺便看一下如何唤醒等待worker的线程。

Java代码 
  1. protected void recycleWorkerThread(Worker workerThread) { 
  2.      synchronized (workers) { 
  3.          workers.push(workerThread); 
  4.          curThreadsBusy--; 
  5.          workers.notify(); 
  6.      } 
  7. } 
    protected void recycleWorkerThread(Worker workerThread) {
        synchronized (workers) {
            workers.push(workerThread);
            curThreadsBusy--;
            workers.notify();
        }
   }

好了，到这里客户端请求的接收就讲完了，当然，anne没有忘记这个过程只到进入container，但大体上我们已经知道inputStream已经变成request了，接下来就要经过engine, host, context的洗礼，最后目标就是servlet。 呃，我还画了一个时序图，虽然比较简陋，但图文并茂的话看起来比较省力。

现在我们脑补一下，假设这个请求servlet已经处理结束了，现在我们要把这个response返回给客户端了！
之前在讲到Http11NioProcessor的process方法的时候，我们知道就是在process里面调用了adapter.service()，这个方法很明显是request进入容器的入口，那么出口是不是也在这里呢，我们在process方法里面往下找找，就可以看到：

Java代码 
  1. if (sendfileData != null && !error) { 
  2.           KeyAttachment ka = (KeyAttachment)socket.getAttachment(false); 
  3.        ka.setSendfileData(sendfileData); 
  4.        sendfileData.keepAlive = keepAlive; 
  5.        SelectionKey key = socket.getIOChannel().keyFor(socket.getPoller().getSelector()); 
  6.        openSocket = socket.getPoller().processSendfile(key,ka,true); 
  7.        break;  
    if (sendfileData != null && !error) {
    	      KeyAttachment ka = (KeyAttachment)socket.getAttachment(false);
           ka.setSendfileData(sendfileData);
           sendfileData.keepAlive = keepAlive;
           SelectionKey key = socket.getIOChannel().keyFor(socket.getPoller().getSelector());
           openSocket = socket.getPoller().processSendfile(key,ka,true);
           break;
}

最后的break我们不管，关键是我们看到从key attachement中取出了senfileData，然后调用了Poller的processSendfile()。我们已经知道了，Poller就是NIO中的主线程，现在又跑到主线程中去了，它要做什么呢？

Java代码 
  1.   public boolean processSendfile(SelectionKey sk, KeyAttachment attachment, boolean reg) { 
  2.       try { 
  3.           SendfileData sd = attachment.getSendfileData(); 
  4. .//ignore 
  5.           if ( sd.length <= 0 ) { 
  6.               attachment.setSendfileData(null); 
  7.               if ( sd.keepAlive ) { 
  8. ①                if (reg) reg(sk,attachment,SelectionKey.OP_READ); 
  9.               } else { 
  10.                   cancelledKey(sk,SocketStatus.STOP,false); 
  11.               } 
  12.           } else if ( attachment.interestOps() == 0 && reg ) { 
  13. ②              reg(sk,attachment,SelectionKey.OP_WRITE); 
  14.           } 
  15.       }catch ( IOException x ) { 
  16.           cancelledKey(sk,SocketStatus.ERROR,false); 
  17.           return false; 
  18.       }catch ( Throwable t ) { 
  19.           cancelledKey(sk, SocketStatus.ERROR, false); 
  20.           return false; 
  21.       } 
  22.       return true; 
  23.   } 
        public boolean processSendfile(SelectionKey sk, KeyAttachment attachment, boolean reg) {
            try {
                SendfileData sd = attachment.getSendfileData();
				...//ignore
                if ( sd.length <= 0 ) {
                    attachment.setSendfileData(null);
                    if ( sd.keepAlive ) {
      ①                if (reg) reg(sk,attachment,SelectionKey.OP_READ);
                    } else {
                        cancelledKey(sk,SocketStatus.STOP,false);
                    }
                } else if ( attachment.interestOps() == 0 && reg ) {
      ②              reg(sk,attachment,SelectionKey.OP_WRITE);
                }
            }catch ( IOException x ) {
                cancelledKey(sk,SocketStatus.ERROR,false);
                return false;
            }catch ( Throwable t ) {
                cancelledKey(sk, SocketStatus.ERROR, false);
                return false;
            }
            return true;
        }

我们可以看到在代码①处和②处（不同的分支），都又调用reg方法，这个意思是告诉操作系统要对channel进行读（写）操作了。
关于对channel的读写操作，NIO 有一个主要的类Selector，这个类似一个观察者，只要我们把需要观察的socket channel告诉Selector，那么当有我们感兴趣的事件发生时，selector就会通知我们，并且传回一组SelectionKey，通过读取这些selection key，我们就可以的到刚才注册过的channel，进而得到channel中的字节流了。Selector的内部原理实际上是一直在对注册的channel进行轮询访问，一旦轮询到一个channel有我们感兴趣的事情发生（比如数据来了），selector就会报告返回这个channel的selection key，让我们通过这个selection key来读取对应channel的内容。
我们已经知道了selection key是对应channel的一把钥匙，之间的代码中我们有看到selection key有isReadalbe和isWriteable两种状态，这个状态是针对主线程（也就是poller）来说的，它告诉主线程现在这个channel是可读的，或者可写的。而出现在代码①处和②处这里的OP_READ和OP_WRITE则是用来告诉给操作系统要做的操作。SelectionKey中的operation有四种：OP_READ, OP_WRITE, OP_CONNECT, OP_ACCEPT。这些状态是由主线程告诉给操作系统要进行操作了。例如reg(sk,attachment,SelectionKey.OP_READ)，这个意思就是告诉操作系统要去socket读取数据了，把读入的数据放入到channel中；reg(sk,attachment,SelectionKey.OP_WRITE)，就是告诉操作系统现在channel中的数据都已经准备好了，现在可以往客户端写了；同理，OP_CONNECT和OP_ACCEPT分别表示结束连接和接受连接。  

Java代码 
  1.     public static final int OP_READ = 1 << 0; 
  2.     public static final int OP_WRITE = 1 << 2;  
  3.     public static final int OP_CONNECT = 1 << 3;  
  4. public static final int OP_ACCEPT = 1 << 4; 
  5.  
  6.     public final boolean isReadable() { 
  7.     return (readyOps() & OP_READ) != 0; 
  8. } 
  9.  
  10.     public final boolean isWritable() { 
  11.     return (readyOps() & OP_WRITE) != 0; 
  12. }  
    public static final int OP_READ = 1 << 0;
    public static final int OP_WRITE = 1 << 2; 
    public static final int OP_CONNECT = 1 << 3; 
public static final int OP_ACCEPT = 1 << 4;

    public final boolean isReadable() {
	return (readyOps() & OP_READ) != 0;
}

    public final boolean isWritable() {
	return (readyOps() & OP_WRITE) != 0;
}

上面的代码是从SelectionKey类中节选的，我们可以看到OP_READ, OP_WRITE, OP_CONNECT, OP_ACCEPT与isReadable()和isWritable()有着密切的联系。从四个操作的定义我们不难看出，ms这四个操作分别代表了一个字节中的四个位置，一个字节中有8个bit，00000001代表read，00000100代表write，00001000代表connect，00010000代表accept。 拿read来举例，假如这时候我们打算让某个channel去读取客户端数据，那么我们就给这个channel注册OP_READ事件，reg(sk,attachment,SelectionKey.OP_READ)。

Java代码 
  1. protected void reg(SelectionKey sk, KeyAttachment attachment, int intops) { 
  2.      sk.interestOps(intops);  
  3.      attachment.interestOps(intops); 
  4. } 
protected void reg(SelectionKey sk, KeyAttachment attachment, int intops) {
     sk.interestOps(intops); 
     attachment.interestOps(intops);
}

现在这个channel的interestOps就是00000001。 readyOps()表示的是这个channel当前准备好的状态。假如操作系统还没有给这个channel进行读操作，那么readyOps()当然在代表read的那一位是0了，假如操作系统已经把这个channel中填充了客户端来的数据了，那么就把read这位置为1，这个时候readyOps()就变成了00000001了，那么(readyOps() & OP_READ)就=1啦，表示这个channel现在是isReadable的，所以接下来主线程就可以从这个channel中读取数据了。 我们可以看一下下面的图示。

现在我们从connector.getContainer().getPipeline().getFirst().invoke(request, response)开始进入容器...
前面说到容器的时候，anne一直都只有说三个容器，engine, host, context。其实在context之下，还有一个容器，叫做wrapper，每个wapper包含了一个servlet，因此前文没有接触到servlet的时候，就暂时省略了。好了，现在我们知道了有这四个级别的容器。这四个容器素由上至下逐渐细分，形成树状结构，构成了tomcat容器结构的主体，它们都位于org.apache.catalina包内。 

 

之前在第二部分tomcat的启动的时候，我们就看到了pipeline，pipeline是一种上级容器和下级容器进行沟通的管道，当上级容器种的request和response要被传递到下一个容器中去时，就必须通过这个管道，而value就像管道中的一个个阀门一样，给传递的request和response把把关，只有过了所有的阀门，才能被正确的传递到下一级容器中去。Tomcat中的pipeline/valve是标准的责任链模式，每个级别的容器中pipeline下都有配置value，每种类型的value专门负责做一项工作，比如验证Request的有效性、写日志等等。请求先到达第一个value，value会对其做一些工作，当工作做完后，将请求传递给下一个value。每个pipeline的最后都会有一个BasicValue(比如Engine的StandardEngineValue、Host的StanadrdHostValue)，它负责寻找下一级容器的pipeline，并且将请求传递给下一级容器的pipeline中的value，这样一直传递下去直到真正的servlet。
在tomcat中，这个责任链真是最最标准，最最基础的责任链了，我们来看一下StandardPipeline中是怎样为pipeline添加value的：

Java代码 
  1. public void addValve(Valve valve) {     
  2.     if (valve instanceof Contained) 
  3.         ((Contained) valve).setContainer(this.container); 
  4.  
  5.     ...// Start the new component if necessary 
  6.  
  7.     // Add this Valve to the set associated with this Pipeline 
  8.    if (first == null) { 
  9.         first = valve; 
  10.         valve.setNext(basic); 
  11.     } else { 
  12.         Valve current = first; 
  13.         while (current != null) { 
  14. if (current.getNext() == basic) { 
  15.     current.setNext(valve); 
  16.     valve.setNext(basic); 
  17.     break; 
  18. } 
  19. current = current.getNext(); 
  20.  
  21.     }  
    public void addValve(Valve valve) {    
        if (valve instanceof Contained)
            ((Contained) valve).setContainer(this.container);

        ...// Start the new component if necessary

        // Add this Valve to the set associated with this Pipeline
①      if (first == null) {
        	first = valve;
        	valve.setNext(basic);
        } else {
            Valve current = first;
            while (current != null) {
				if (current.getNext() == basic) {
					current.setNext(valve);
					valve.setNext(basic);
					break;
				}
				current = current.getNext();
			}
        }
}

First（代码①处）记录了这个pipeline关联着的第一个value，basic则是pipeline关联的最后一个value，执行完basic，就进入到下一级的容器中去了。 从上面的代码，我们可以看到，pipeline用了一种最基本的方法来维持这个value的链条，每个value都保持了一个下个value的引用。于是，我们就看到connector.getContainer().getPipeline().getFirst()就得到了engine中的第一个value。为什么呢？因为connector.getContainer()得到的是connector父节点（也就是service）中的engine容器，进而getPipeline()得到engine的pipeline，getFirst()得到engine的pipeline中的第一个value。
好了，下面我们来看看具体进入到了value，都做了些什么，我们来看一个AccessLogValue，很明显，是一个用来写日志的value。

Java代码 
  1. public void invoke(Request request, Response response) throws IOException, ServletException { 
  2.     if (started && getEnabled()) {                 
  3.         long t1 = System.currentTimeMillis(); 
  4.  
  5.        getNext().invoke(request, response); 
  6.  
  7.         long t2 = System.currentTimeMillis(); 
  8.         long time = t2 - t1;     
  9.         StringBuffer result = new StringBuffer(); 
  10.     ...    //add log info into result 
  11.         log(result.toString()); 
  12.     } else 
  13.         getNext().invoke(request, response);        
  14. }  
    public void invoke(Request request, Response response) throws IOException, ServletException {
        if (started && getEnabled()) {                
            long t1 = System.currentTimeMillis();
    
  ②        getNext().invoke(request, response);
    
            long t2 = System.currentTimeMillis();
            long time = t2 - t1;    
            StringBuffer result = new StringBuffer();
  			...    //add log info into result
            log(result.toString());
        } else
            getNext().invoke(request, response);       
    }

OK，很明显，value是通过getNext()方法来得到下一个责任链上的value的（代码②处）。那么当这个责任链到头了，进入到了最后一个value的话是怎么处理的呢？前面说了，每个容器的pipeline的责任链的末端都会有一个特殊的value，Engine的StandardEngineValue、Host的StanadrdHostValue，Context的StanadrdContextValue，Wrapper的StanadrdWrapperValue，这些叫做basicValue，对于容器来说，这些basicValue是一定会有的。我们就看一个StandardEngineValue：

Java代码 
  1.     public final void invoke(Request request, Response response) 
  2.         throws IOException, ServletException { 
  3.         // Select the Host to be used for this Request 
  4.         Host host = request.getHost(); 
  5.         if (host == null) { 
  6.             response.sendError 
  7.                 (HttpServletResponse.SC_BAD_REQUEST, 
  8.                  sm.getString("standardEngine.noHost",  
  9.                               request.getServerName())); 
  10.             return; 
  11.         } 
  12.  
  13.         // Ask this Host to process this request 
  14. ③      host.getPipeline().getFirst().invoke(request, response); 
  15.     } 
    public final void invoke(Request request, Response response)
        throws IOException, ServletException {
        // Select the Host to be used for this Request
        Host host = request.getHost();
        if (host == null) {
            response.sendError
                (HttpServletResponse.SC_BAD_REQUEST,
                 sm.getString("standardEngine.noHost", 
                              request.getServerName()));
            return;
        }

        // Ask this Host to process this request
③      host.getPipeline().getFirst().invoke(request, response);
    }

我们可以看到在basicValue中得到了下一级容器，并且调用了下级容器的pipeline中的first value（代码③处）。对于StanadrdHostValue，StanadrdContextValue和StanadrdWrapperValue来说，也都是类似的。BasicValue放在org.apache.catalina.core下，而其他的value都放在org.apache.catalina.value下面。

Ok，大家继续脑补一下，现在已经进入到StanadrdWrapperValue了。那根据我们对tomcat的了解下面应该做什么了呢？对了，接下来我们就要穿越过层层filter，进入servlet了。 我们看一下StanadrdWrapperValuede的invoke方法，为了看起来方便一点，anne就大刀阔斧的只截取了一点点我们需要关注的内容。

Java代码 
  1. public final void invoke(Request request, Response response) 
  2.     throws IOException, ServletException { 
  3.      ... 
  4.     servlet = wrapper.allocate(); 
  5.  
  6.     // 下面开始创建filter链啦 
  7.    ApplicationFilterFactory factory = 
  8.         ApplicationFilterFactory.getInstance(); 
  9.     ApplicationFilterChain filterChain = 
  10.         factory.createFilterChain(request, wrapper, servlet); 
  11.     ... 
  12.  
  13.     // 调用filter链 
  14.     filterChain.doFilter(request.getRequest(),response.getResponse()); 
  15.  
  16.     if (servlet != null) { 
  17.        wrapper.deallocate(servlet); 
  18.     } 
  19. }  
    public final void invoke(Request request, Response response)
        throws IOException, ServletException {
         ...
   ④	servlet = wrapper.allocate();

        // 下面开始创建filter链啦
   ⑤   ApplicationFilterFactory factory =
            ApplicationFilterFactory.getInstance();
        ApplicationFilterChain filterChain =
            factory.createFilterChain(request, wrapper, servlet);
        ...

        // 调用filter链
        filterChain.doFilter(request.getRequest(),response.getResponse());

        if (servlet != null) {
           wrapper.deallocate(servlet);
        }
     }

因为一个wrapper是对应与一个servlet的，所以wrapper.allocate()就是得到它负责封装的那个servlet（代码④处）。 下面在代码⑤处，我们就要来创建filter chain了，anne照样把createFilterChain中的方法稍微提取了一下：

Java代码 
  1.   public ApplicationFilterChain createFilterChain 
  2.         (ServletRequest request, Wrapper wrapper, Servlet servlet) { 
  3.     ApplicationFilterChain filterChain = new ApplicationFilterChain(); 
  4.     filterChain.setServlet(servlet);  
  5.  
  6.     // 得到context的filter mapping 
  7.     StandardContext context = (StandardContext) wrapper.getParent(); 
  8.     FilterMap filterMaps[] = context.findFilterMaps(); 
  9.  
  10.     // 遍历filterMaps，如果有符合这个servlet的filter就把它加到filter chain中 
  11.     for (int i = 0; i < filterMaps.length; i++) { 
  12.         if (!matchDispatcher(filterMaps[i] ,dispatcher)) { 
  13.           continue; 
  14.         } 
  15.         if (!matchFiltersURL(filterMaps[i], requestPath)) 
  16.             continue; 
  17.  
  18.         ApplicationFilterConfig filterConfig = (ApplicationFilterConfig) 
  19.                 context.findFilterConfig(filterMaps[i].getFilterName()); 
  20.         if (filterConfig == null) { 
  21.             continue; 
  22.         } 
  23.         filterChain.addFilter(filterConfig); 
  24.      } 
  25.     return (filterChain); 
  26. } 
  public ApplicationFilterChain createFilterChain
        (ServletRequest request, Wrapper wrapper, Servlet servlet) {
    ApplicationFilterChain filterChain = new ApplicationFilterChain();
    filterChain.setServlet(servlet); 

    // 得到context的filter mapping
    StandardContext context = (StandardContext) wrapper.getParent();
    FilterMap filterMaps[] = context.findFilterMaps();

    // 遍历filterMaps，如果有符合这个servlet的filter就把它加到filter chain中
    for (int i = 0; i < filterMaps.length; i++) {
        if (!matchDispatcher(filterMaps[i] ,dispatcher)) {
          continue;
        }
        if (!matchFiltersURL(filterMaps[i], requestPath))
            continue;

        ApplicationFilterConfig filterConfig = (ApplicationFilterConfig)
                context.findFilterConfig(filterMaps[i].getFilterName());
        if (filterConfig == null) {
            continue;
        }
        filterChain.addFilter(filterConfig);
     }
    return (filterChain);
}

我们都知道filter chain也是采用的责任链模式，前面我们说到pipeline中的value也是采用的责任链模式，每个value都持有了下一个value的引用。我们可以看看ahuaxuan的《请问责任链真的是一种设计模式吗》这篇文章(http://ahuaxuan.iteye.com/blog/105825)，这里面谈到了三种责任链的实现方式，filter chain就是这第三种潇洒版责任链。 前面pipeline的value链是通过引用的方式来形成一条隐形的链条，而这里，filterChain是真是存在的。我们只需要把这个链条上面的一个一个关节通过filterChain.addFilter()装上即可。这个filterChain中的每个关节都是一个FilterConfig对象，这个对象中包含了filter，context，initParameter等等。
链条组装完毕！ 启动filterChain.doFilter()！ doFilter方法主要调用了internalDoFilter()。

Java代码 
  1.     public void doFilter(ServletRequest request, ServletResponse response) 
  2.         throws IOException, ServletException { 
  3.         ... 
  4.         internalDoFilter(request,response); 
  5.     } 
  6.  
  7.     private void internalDoFilter(ServletRequest request,  
  8.                                   ServletResponse response) 
  9.         throws IOException, ServletException {  
  10.   ⑥    if (pos < n) { 
  11.             ApplicationFilterConfig filterConfig = filters[pos++]; 
  12.             Filter filter = null;  
  13.             filter = filterConfig.getFilter(); 
  14. ... 
  15.             filter.doFilter(request, response, this); 
  16.         } 
  17.  
  18.    ⑦       if ((request instanceof HttpServletRequest) && 
  19.                 (response instanceof HttpServletResponse)) { 
  20.                     servlet.service((HttpServletRequest) request, 
  21.                                     (HttpServletResponse) response); 
  22.                 } 
  23.             } else { 
  24.                 servlet.service(request, response); 
  25.             } 
  26.     }  
    public void doFilter(ServletRequest request, ServletResponse response)
        throws IOException, ServletException {
        ...
        internalDoFilter(request,response);
    }

    private void internalDoFilter(ServletRequest request, 
                                  ServletResponse response)
        throws IOException, ServletException { 
  ⑥    if (pos < n) {
            ApplicationFilterConfig filterConfig = filters[pos++];
            Filter filter = null; 
            filter = filterConfig.getFilter();
...
            filter.doFilter(request, response, this);
		}

   ⑦       if ((request instanceof HttpServletRequest) &&
                (response instanceof HttpServletResponse)) {
                    servlet.service((HttpServletRequest) request,
                                    (HttpServletResponse) response);
                }
            } else {
                servlet.service(request, response);
            }
    }

代码⑥处的pos是filter chain上的一个标识位，表示现在执行的是哪一个filter。然后调用了filter的doFilter方法。我们来看一个例子，一个用来记录执行时间的filter。

Java代码 
  1. public void doFilter(ServletRequest request, ServletResponse response, FilterChain chain) 
  2. rows IOException, ServletException { 
  3. if (attribute != null) 
  4.     request.setAttribute(attribute, this); 
  5.  
  6. long startTime = System.currentTimeMillis(); 
  7. ⑧     chain.doFilter(request, response); 
  8. long stopTime = System.currentTimeMillis(); 
  9. filterConfig.getServletContext().log 
  10.     (this.toString() + ": " + (stopTime - startTime) + 
  11.      " milliseconds"); 
  12. } 
    public void doFilter(ServletRequest request, ServletResponse response, FilterChain chain)
	throws IOException, ServletException {
	  if (attribute != null)
	      request.setAttribute(attribute, this);

	  long startTime = System.currentTimeMillis();
   ⑧     chain.doFilter(request, response);
	  long stopTime = System.currentTimeMillis();
	  filterConfig.getServletContext().log
	      (this.toString() + ": " + (stopTime - startTime) +
	       " milliseconds");
    }

首先把当前正在执行的这个filter作为一个attribute放到request中去，接下来我们可以看到在两个time之间，调用了chain.doFilter()（代码⑧处），Chain就是filter chain。这下又要回到internalDoFilter，pos又加了1，就变成执行filterChain的下一个filter了。 如果这个filter chain已经到头了（pos=n），那就进入代码⑦处，就表示request和response已经突破filter的重重阻拦，可以进入servlet了。因此，我们就可以调用wrapper内的servlet的service()方法了。自此进入servlet。这下我们知道了filter原来是这样执行的，它是一层包着一层，一直不断的向内层进发，当进入到最内层，就是servlet了。

好了，我们现在终于进入servlet的service方法了。

Java代码 
  1.     protected void service(HttpServletRequest req, HttpServletResponse resp) 
  2.         throws ServletException, IOException { 
  3.  
  4.         String method = req.getMethod(); 
  5.  
  6.         if (method.equals(METHOD_GET)) { 
  7. ... 
  8.             doGet(req, resp); 
  9.         } else if (method.equals(METHOD_HEAD)) { 
  10.             doHead(req, resp); 
  11.         } else if (method.equals(METHOD_POST)) { 
  12.             doPost(req, resp);             
  13.         } else if (method.equals(METHOD_PUT)) { 
  14.             doPut(req, resp);                     
  15.         } else if (method.equals(METHOD_DELETE)) { 
  16.             doDelete(req, resp);             
  17.         } else if (method.equals(METHOD_OPTIONS)) { 
  18.             doOptions(req,resp);             
  19.         } else if (method.equals(METHOD_TRACE)) { 
  20.             doTrace(req,resp);             
  21.         } else { 
  22.             ...// NO servlet supports 
  23.         } 
  24.     }  
    protected void service(HttpServletRequest req, HttpServletResponse resp)
        throws ServletException, IOException {

        String method = req.getMethod();

        if (method.equals(METHOD_GET)) {
...
            doGet(req, resp);
        } else if (method.equals(METHOD_HEAD)) {
            doHead(req, resp);
        } else if (method.equals(METHOD_POST)) {
            doPost(req, resp);            
        } else if (method.equals(METHOD_PUT)) {
            doPut(req, resp);                    
        } else if (method.equals(METHOD_DELETE)) {
            doDelete(req, resp);            
        } else if (method.equals(METHOD_OPTIONS)) {
            doOptions(req,resp);            
        } else if (method.equals(METHOD_TRACE)) {
            doTrace(req,resp);            
        } else {
            ...// NO servlet supports
        }
    }

Service方法里面其实很简单，就是根据不同的请求，调用不同的do***()方法。Http的请求类型一共有如上七种。 一个HttpServlet的子类必须至少覆写以下方法中的一个。 1) doGet()方法，适用于HTTP GET请求。自动支持一个HTTP HEAD请求。当覆写doGet()时，首先读取请求数据，写入响应的head，然后获得响应的writer或输出流对象，最后写入响应数据。 2) doPost()方法，适用于HTTP POST请求。覆写该方法与doGet()类似。 3) doPut()方法，适用于HTTP PUT请求。PUT操作允许客户好像使用FTP一样把文件放置到服务器。 4) doDelete()方法，适用于HTTP DELETE请求。DELETE操作允许客户从服务器中删除一个文档或网页。 5) init()和destroy()方法，管理Servlet生命周期中的资源。 6) getServletInfo()方法，提供Servlet本身的信息。
另外还有不需要覆写的方法： 7) doHead()方法，适用于HTTP HEAD请求。当客户端只需要知道响应头，比如Content-Type或者Content-Length，客户端只需要发送一个HEAD请求。HTTP HEAD会准确地计算输出的字节数来设定Content-Length。如果覆写该方法，可以避免计算响应的BODY，而只需设置响应头以改善性能。 8) doOptions()方法，适用于OPTIONS请求。OPTIONS操作决定服务器支持哪种HTTP方法，并返回一个适当的头信息。例如，如果一个servlet覆写了doGet()方法，doOptions()方法将会返回如下头信息：Allow: GET, HEAD, TRACE, OPTIONS。 9) doTrace()方法，适用于TRACE请求。该方法用于程序调试，无需被覆写。
尽管说有这么多do***()方法，可是我们常用的就只有doGet()和doPost()。
Tomcat6讲到这里就大概差不多了，它的组成，启动，消息处理都过了一遍。不过消息处理我只写了nio的处理方式，下篇看看要不写下传统的bio方式。

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