一、启动脚本

        当我们在服务启动Tomcat时，都是通过执行startup.sh脚本启动。

        

        在Tomcat的启动脚本startup.sh中，最终会去执行catalina.sh脚本，传递的参数是start。

        

        在catalina.sh脚本中，前面是环境判断和初始化参数，最终根据传递的start来执行上图的代码，最终会调用Tomcat的Bootstrap启动类的main方法，传递的参数是start。

二、源码解析

        为了更容易的理解源码，整个系列中Tomcat的运行模式采用BIO的方式。

    public static void main(String args[]) {
        if (daemon == null) {
            Bootstrap bootstrap = new Bootstrap();
            try {
                //初始化
                bootstrap.init();
            } catch (Throwable t) {
                handleThrowable(t);
                t.printStackTrace();
                return;
            }
            daemon = bootstrap;
        } else {
            Thread.currentThread().setContextClassLoader(daemon.catalinaLoader);
        }
        try {
            String command = "start";
            if (args.length > 0) {
                command = args[args.length - 1];
            }
            //脚本传递的是start
            if (command.equals("startd")) {
                args[args.length - 1] = "start";
                daemon.load(args);
                daemon.start();
            } else if (command.equals("stopd")) {
                args[args.length - 1] = "stop";
                daemon.stop();
            } else if (command.equals("start")) {
                //加载和启动整个Tomcat
                daemon.setAwait(true);
                daemon.load(args);
                daemon.start();
            } else if (command.equals("stop")) {
                daemon.stopServer(args);
            } else if (command.equals("configtest")) {
                daemon.load(args);
                if (null==daemon.getServer()) {
                    System.exit(1);
                }
                System.exit(0);
            } else {
                log.warn("Bootstrap: command \"" + command + "\" does not exist.");
            }
        } catch (Throwable t) {
            if (t instanceof InvocationTargetException &&
                    t.getCause() != null) {
                t = t.getCause();
            }
            handleThrowable(t);
            t.printStackTrace();
            System.exit(1);
        }
    }

        在启动类的main方法中，创建了一个启动类的实例，然后进行初始化，最后再根据启动命令传递进来的参数，也就是上文中的 start 来执行对应的逻辑，即加载和启动整个Tomcat。

    public void init() throws Exception {
        //设置容器的路径和脚本中的基本信息
        setCatalinaHome();
        setCatalinaBase();
        //初始化Tomcat的三大类加载器
        initClassLoaders();
        //该类加载器用于加载这个源码的类
        Thread.currentThread().setContextClassLoader(catalinaLoader);
        SecurityClassLoad.securityClassLoad(catalinaLoader);
        //创建一个容器的启动实例，待会用于加载server.xml
        Class<?> startupClass =
            catalinaLoader.loadClass
            ("org.apache.catalina.startup.Catalina");
        Object startupInstance = startupClass.newInstance();
        String methodName = "setParentClassLoader";
        Class<?> paramTypes[] = new Class[1];
        paramTypes[0] = Class.forName("java.lang.ClassLoader");
        Object paramValues[] = new Object[1];
        paramValues[0] = sharedLoader;
        Method method =
            startupInstance.getClass().getMethod(methodName, paramTypes);
        method.invoke(startupInstance, paramValues);
        catalinaDaemon = startupInstance;
    }

        在初始化启动器是，主要是创建三大类加载器（commonLoader、catalinaLoader、sharedLoader）并设置好父子关系，最后再创建一个启动的实例，主要是用来解析server.xml文件。

        在Tomcat中一共有四大类加载器，如下图：

类加载器	作用	父加载器
commonLoader（共同类加载器）	加载$CATALINA_HOME/lib下的类加载器	应用类加载器
catalinaLoader（容器类加载器）	加载Tomcat应用服务器的类加载器，可以理解为加载Tomcat源码中的类	共同类加载器
sharedLoader（共享类加载器）	加载应用类加载器的共享的类加载器，例如相同版本的mysql驱动等	共同类加载器
webappLoader（应用类加载）	加载web应用下的类类加载，每个web应用之间是相互隔离的	共享类加载器

        commonLoader、catalinaLoader、sharedLoader可以在tomcat下的conf/catalina.properties文件中修改。

        初始化完成之后，会根据启动参数 start，然后执行daemon.load(args)，即加载。

    private void load(String[] arguments)
        throws Exception {

        String methodName = "load";
        Object param[];
        Class<?> paramTypes[];
        if (arguments==null || arguments.length==0) {
            paramTypes = null;
            param = null;
        } else {
            paramTypes = new Class[1];
            paramTypes[0] = arguments.getClass();
            param = new Object[1];
            param[0] = arguments;
        }
        Method method = catalinaDaemon.getClass().getMethod(methodName, paramTypes);
        method.invoke(catalinaDaemon, param);
    }

        加载就是通过反射去调用Catalina的load方法。

    public void load() {
        //找到脚本中设置的路径
        initDirs();
        initNaming();
        //创建一个解析器
        Digester digester = createStartDigester();
        InputSource inputSource = null;
        InputStream inputStream = null;
        File file = null;
        try {
            try {
                //读取server.xml文件
                file = configFile();
                inputStream = new FileInputStream(file);
                inputSource = new InputSource(file.toURI().toURL().toString());
            } catch (Exception e) {
                if (log.isDebugEnabled()) {
                    log.debug(sm.getString("catalina.configFail", file), e);
                }
            }
            if (inputStream == null) {
                try {
                    inputStream = getClass().getClassLoader()
                            .getResourceAsStream(getConfigFile());
                    inputSource = new InputSource
                            (getClass().getClassLoader()
                                    .getResource(getConfigFile()).toString());
                } catch (Exception e) {
                    if (log.isDebugEnabled()) {
                        log.debug(sm.getString("catalina.configFail",
                                getConfigFile()), e);
                    }
                }
            }

            if (inputStream == null) {
                try {
                    inputStream = getClass().getClassLoader()
                            .getResourceAsStream("server-embed.xml");
                    inputSource = new InputSource
                            (getClass().getClassLoader()
                                    .getResource("server-embed.xml").toString());
                } catch (Exception e) {
                    if (log.isDebugEnabled()) {
                        log.debug(sm.getString("catalina.configFail",
                                "server-embed.xml"), e);
                    }
                }
            }
            if (inputStream == null || inputSource == null) {
                if (file == null) {
                    log.warn(sm.getString("catalina.configFail",
                            getConfigFile() + "] or [server-embed.xml]"));
                } else {
                    log.warn(sm.getString("catalina.configFail",
                            file.getAbsolutePath()));
                    if (file.exists() && !file.canRead()) {
                        log.warn("Permissions incorrect, read permission is not allowed on the file.");
                    }
                }
                return;
            }
            try {
                //解析server.xml文件，把server.xml中的每一个标签都转换成对应的实例对象
                inputSource.setByteStream(inputStream);
                digester.push(this);
                digester.parse(inputSource);
            } catch (SAXParseException spe) {
                log.warn("Catalina.start using " + getConfigFile() + ": " +
                        spe.getMessage());
                return;
            } catch (Exception e) {
                log.warn("Catalina.start using " + getConfigFile() + ": ", e);
                return;
            }
        } finally {
            if (inputStream != null) {
                try {
                    inputStream.close();
                } catch (IOException e) {
                    // Ignore
                }
            }
        }
        getServer().setCatalina(this);
        initStreams();
        try {
            //初始化最顶层的组件,会导致Service组件和Connector组件也跟着初始化
            getServer().init();
        } catch (LifecycleException e) {
            if (Boolean.getBoolean("org.apache.catalina.startup.EXIT_ON_INIT_FAILURE")) {
                throw new java.lang.Error(e);
            } else {
                log.error("Catalina.start", e);
            }

        }
    }

        在Catalina的load方法中，会找到server.xml文件，然后解析标签并创建出对应的实例对象，最终在调用最顶层的Server组件的init方法，会调用Service组件的初始化，而Service组件的会调用Connector组件的初始化（容器的初始化是懒加载的，即有请求达到时才开始初始化）。

        在上面3个组件的初始化中最值得关注的是Connector组件的初始化，因为它会绑定一个端口并且添加对应的协议处理器，从而等待请求。

Connector：
    
    protected void initInternal() throws LifecycleException {

        super.initInternal();
        //创建一个适配器
        adapter = new CoyoteAdapter(this);
        //协议处理器在连接器创建时也跟着创建了
        protocolHandler.setAdapter(adapter);
        if( null == parseBodyMethodsSet ) {
            setParseBodyMethods(getParseBodyMethods());
        }
        //...省略
        try {
            //协议处理器初始化
            protocolHandler.init();
        } catch (Exception e) {
            throw new LifecycleException
                (sm.getString
                 ("coyoteConnector.protocolHandlerInitializationFailed"), e);
        }
        mapperListener.init();
    }

Http11Protocol：

    public void init() throws Exception {
        //...省略
        try {
            endpoint.init();
        } catch (Exception ex) {
            getLog().error(sm.getString("abstractProtocolHandler.initError",
                    getName()), ex);
            throw ex;
        }
    }

JIoEndpoint:
    public final void init() throws Exception {
        testServerCipherSuitesOrderSupport();
        if (bindOnInit) {
            bind();
            bindState = BindState.BOUND_ON_INIT;
        }
    }

    public void bind() throws Exception {

        if (acceptorThreadCount == 0) {
            acceptorThreadCount = 1;
        }
        if (getMaxConnections() == 0) {
            setMaxConnections(getMaxThreadsExecutor(true));
        }
        
        if (serverSocketFactory == null) {
            if (isSSLEnabled()) {
                serverSocketFactory =
                    handler.getSslImplementation().getServerSocketFactory(this);
            } else {
                serverSocketFactory = new DefaultServerSocketFactory(this);
            }
        }
        //创建ServerSocket绑定监听端口
        if (serverSocket == null) {
            try {
                if (getAddress() == null) {
                    serverSocket = serverSocketFactory.createSocket(getPort(),
                            getBacklog());
                } else {
                    serverSocket = serverSocketFactory.createSocket(getPort(),
                            getBacklog(), getAddress());
                }
            } catch (BindException orig) {
                String msg;
                if (getAddress() == null)
                    msg = orig.getMessage() + " <null>:" + getPort();
                else
                    msg = orig.getMessage() + " " +
                            getAddress().toString() + ":" + getPort();
                BindException be = new BindException(msg);
                be.initCause(orig);
                throw be;
            }
        }

    }

        在连接器的初始化方法中，会调用协议处理器的初始化方法，协议处理器会调用Endpoint的初始化方法，最终在Endpoint中完成了ServerSocket的创建，并且绑定了端口（此时还不能接受处理HTTP请求）

        当Catalina的load方法调用完成后，除了懒加载的容器组件还未创建，其它组件都已经创建出来了，下一步就是启动这些组件（上面只是初始化，组件还没开始工作）。

    public void start()
        throws Exception {
        if( catalinaDaemon==null ) init();
        Method method = catalinaDaemon.getClass().getMethod("start", (Class [] )null);
        method.invoke(catalinaDaemon, (Object [])null);
    }

        跟调用load方法一样，也是通过反射去调用Catalina的start方法。

    public void start() {
        //...省略
        try {
            //调用Server的启动方法
            getServer().start();
        } catch (LifecycleException e) {
            log.fatal(sm.getString("catalina.serverStartFail"), e);
            try {
                getServer().destroy();
            } catch (LifecycleException e1) {
                log.debug("destroy() failed for failed Server ", e1);
            }
            return;
        }
        //...省略
    }

        通过调用最顶层Server组件的start方法，会导致Service组件的start被调用，而Service组件的会调用Connector组件的start方法。

        此处值得关注的还是Connector的start方法，在上文中，ServerSocket已经被创建并且绑定了端口，但是还没有去执行接受连接的方法。  

Connector：
    protected void startInternal() throws LifecycleException {
        //...省略
        try {
            //调用协议处理器的start
            protocolHandler.start();
        } catch (Exception e) {
            //...省略
        }
        mapperListener.start();
    }


Http11Protocol

    public void start() throws Exception {
        try {
            endpoint.start();
        } catch (Exception ex) {
            
        }
    }


JIoEndpoint

    public final void start() throws Exception {
        if (bindState == BindState.UNBOUND) {
            bind();
            bindState = BindState.BOUND_ON_START;
        }
        startInternal();
    }



    public void startInternal() throws Exception {

        if (!running) {
            running = true;
            paused = false;
            //创建一个线程池
            if (getExecutor() == null) {
                createExecutor();
            }
            initializeConnectionLatch();
            //创建连接接收器并放入线程池中接受连接
            startAcceptorThreads();
            //创建一个超时处理线程
            Thread timeoutThread = new Thread(new AsyncTimeout(),
                    getName() + "-AsyncTimeout");
            timeoutThread.setPriority(threadPriority);
            timeoutThread.setDaemon(true);
            timeoutThread.start();
        }
    }


    protected final void startAcceptorThreads() {
        int count = getAcceptorThreadCount();
        //创建连接接收器
        acceptors = new Acceptor[count];
        for (int i = 0; i < count; i++) {
            acceptors[i] = createAcceptor();
            String threadName = getName() + "-Acceptor-" + i;
            acceptors[i].setThreadName(threadName);
            //一个连接接收器对应一个线程
            Thread t = new Thread(acceptors[i], threadName);
            t.setPriority(getAcceptorThreadPriority());
            t.setDaemon(getDaemon());
            t.start();
        }
    }

Acceptor：        
        public void run() {
                //...省略
                try {
                    countUpOrAwaitConnection();

                    Socket socket = null;
                    try {
                        //此处调用ServerSocket的阻塞接受连接方法
                        socket = serverSocketFactory.acceptSocket(serverSocket);
                    } catch (IOException ioe) {
                        countDownConnection();
                        // Introduce delay if necessary
                        errorDelay = handleExceptionWithDelay(errorDelay);
                        // re-throw
                        throw ioe;
                    }
                 //...省略
        }

          连接器start中调用协议处理器的start，协议处理器最终调用Endpoint的start，最终在Endpoint中创建了Acceptor(接收器)，并且将Acceptor放入一个线程中异步处理（因为BIO的socket会阻塞），此刻整个tomcat的启动流程大致完成，Tomcat启动完成之后，就是在Acceptor中接受请求并处理了。

        Tomcat启动时序图：