Tomcat启动过程是怎么样的？

一、Tomcat 启动流程

步骤：

1、启动tomcat，需要调用 bin/startup.bat (在linux 目录下，需要调用 bin/startup.sh)，在startup.bat 脚本中，调用了catalina.bat。

2、在catalina.bat 脚本文件中，调用了BootStrap 中的main方法。

3、在BootStrap 的main 方法中调用了init方法，来创建Catalina 及初始化类加载器。

4、在BootStrap 的main 方法中调用了load 方法，在其中又调用了Catalina的load方法。

5、在Catalina 的load方法中，需要进行一些初始化的工作，并需要构造Digester 对象，用于解析 XML。

6、然后在调用后续组件的初始化操作。加载Tomcat的配置文件，初始化容器组件，监听对应的端口号，准备接受客户端请求。

1.1、相关类解析

1.1.1、Lifecycle

由于所有的组件均存在初始化、启动、停止等生命周期方法，拥有生命周期管理的特性，所以Tomcat在设计的时候，基于生命周期管理抽象成了一个接口 Lifecycle ，而组件 Server、Service、Container、Executor、Connector 组件，都实现了一个生命周期的接口，从而具有了以下生命周期中的核心方法：

1、init（）：初始化组件

2、start（）：启动组件

3、stop（）：停止组件

4、destroy（）：销毁组件

1.1.2、各组件的默认实现

上面我们提到的Server、Service、Engine、Host、Context都是接口，下图中罗列了这些接口的默认实现类。

当前对于 Endpoint组件来说，在Tomcat中没有对应的Endpoint接口，但是有一个抽象类 AbstractEndpoint ，其下有三个实现类：NioEndpoint、Nio2Endpoint、AprEndpoint ，这三个实现类，分别对应于前面讲解链接器 Coyote时，提到的链接器支持的三种IO模型：NIO、NIO2、APR，Tomcat8.5版本中，默认采用的是 NioEndpoint。

ProtocolHandler：Coyote协议接口，通过封装Endpoint和Processor ，实现针对具体协议的处理功能。Tomcat按照协议和IO提供了6个实现类。

AJP协议：

1、AjpNioProtocol：采用NIO的IO模型。

2、AjpNio2Protocol：采用NIO2的IO模型。

3、AjpAprProtocol：采用APR的IO模型，需要依赖于APR库。

HTTP协议：

1、Http11NioProtocol：采用NIO的IO模型，默认使用的协议（如果服务器没有安装

APR）。

2、Http11Nio2Protocol：采用NIO2的IO模型。

3、Http11AprProtocol：采用APR的IO模型，需要依赖于APR库。

二、源码分析

众所周知，org.apache.catalina.startup.Bootstrap类的main方法是tomcat启动的入口。

public static void main(String args[]) {
    synchronized (daemonLock) {
        if (daemon == null) {
            // 在 init() 完成之前不要设置守护进程
            Bootstrap bootstrap = new Bootstrap();
            try {
                bootstrap.init();
            } catch (Throwable t) {
                handleThrowable(t);
                t.printStackTrace();
                return;
            }
            daemon = bootstrap;
        } else {
            // 当作为服务运行时，停止调用将在一个新线程上进行，
            // 因此请确保使用正确的类加载器来防止一系列未找到的类异常
            Thread.currentThread().setContextClassLoader(daemon.catalinaLoader);
        }
    }

    try {
        String command = "start";
        if (args.length > 0) {
            command = args[args.length - 1];
        }
        
        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")) {
            daemon.setAwait(true);
            daemon.load(args);
            daemon.start();
            if (null == daemon.getServer()) {
                System.exit(1);
            }
        } 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) {
        // 解开异常以获得更清晰的错误报告
        if (t instanceof InvocationTargetException && t.getCause() != null) {
            t = t.getCause();
        }
        handleThrowable(t);
        t.printStackTrace();
        System.exit(1);
    }
}

在main方法中，Bootstrap主要做三件事：初始化、加载、响应启动或停止命令。

初始化

初始化过程会初始化tomcat所需的类加载器，并将catalinaLoader实例设置为当前线程的上下文类加载器。

public void init() throws Exception {
    initClassLoaders(); // 设置当前线程的上下文类加载器
    Thread.currentThread().setContextClassLoader(catalinaLoader);
}

根据配置catalina.properties，tomcat会默认初始化三种tomcat特有的类加载器。它们分别是：commonLoader、catalinaLoader和sharedLoader。不过，从源码中我们可以发现，catalinaLoader和sharedLoader默认并没有做任何配置。所以，最终只会初始化一种类加载器commonLoader。

如果在没有作个性化配置的情况下，catalinaLoader和sharedLoader都是指的是commonLoader。

commonLoader是tomcat所有类加载器的父类类加载器。

初始化类加载器之后，接下来，类加载器catalinaLoader的实例会加载类org.apache.catalina.startup.Catalina创建一个Catalina实例。

Class<?> startupClass = catalinaLoader.loadClass("org.apache.catalina.startup.Catalina");
Object startupInstance = startupClass.getConstructor().newInstance();

接着，利用反射原理，调用Catalina的setParentClassLoader方法将sharedLoader实例设置为Catalina实例的父级类加载器。

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);

最后，将Catalina实例赋值给catalina的守护进程的引用catalinaDaemon。

Object catalinaDaemon = startupInstance;

至此，初始化的工作就全部完成了。

加载

在完成Bootstrap初始化的工作之后，Bootstrap接下来会开始解析main方法的入参args，生成命令字符command。

根据不同类型的命令，Bootstrap会执行不同的业务逻辑，但是这里我们只看“start”命令。

if (command.equals("start")) {
    // 设置Catalina实例的await属性为true，表示daemon会被阻塞
    // 这里的daemon也就是 Bootstrap 的实例本身
    daemon.setAwait(true);
    
    // 调用加载方法
    daemon.load(args);
    
    // 启动 Tomcat
    daemon.start();
    
    // 如果服务器为空
    if (null == daemon.getServer()) {
        // 退出程序
        System.exit(1);
    }
}

Bootstrap首先会调用load方法。

private void load(String[] arguments) throws Exception {
    // Call the load() method
    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);
    
    if (log.isDebugEnabled()) {
        log.debug("Calling startup class " + method);
    }
    
    method.invoke(catalinaDaemon, param);
}

由于是start，数组arguments为空，所以最后会调用Catalina的load()方法。

在这里tomcat会对Catalina实例进行初始化，其中依次包括初始化服务器Server组件、服务Service组件、连接器Connector、引擎Engine。

public void load() {
    if (loaded) {
        return;
    }
    
    loaded = true;
    long t1 = System.nanoTime();
    
    initDirs();
    // Before digester - it may be needed
    initNaming();
    
    // 设置配置源
    ConfigFileLoader.setSource(new CatalinaBaseConfigurationSource(
        Bootstrap.getCatalinaBaseFile(), getConfigFile()
    ));
    
    File file = configFile();
    // 创建并执行我们的 Digester，在这里会初始化各组件
    Digester digester = createStartDigester();
    
    try (ConfigurationSource.Resource resource = ConfigFileLoader.getSource().getServerXml()) {
        InputStream inputStream = resource.getInputStream();
        InputSource inputSource = new InputSource(resource.getURI().toURL().toString());
        inputSource.setByteStream(inputStream);
        
        digester.push(this);
        digester.parse(inputSource);
    } catch (Exception e) {
        log.warn(sm.getString("catalina.configFail", file.getAbsolutePath()), e);
        
        if (file.exists() && !file.canRead()) {
            log.warn(sm.getString("catalina.incorrectPermissions"));
        }
        return;
    }
    
    getServer().setCatalina(this);
    getServer().setCatalinaHome(Bootstrap.getCatalinaHomeFile());
    getServer().setCatalinaBase(Bootstrap.getCatalinaBaseFile());
    
    // Stream redirection
    initStreams();
    
    // 启动新的服务器
    try {
        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(sm.getString("catalina.initError"), e);
        }
    }

    long t2 = System.nanoTime();
    if (log.isInfoEnabled()) {
        log.info(sm.getString("catalina.init", Long.valueOf((t2 - t1) / 1000000)));
    }
}

服务器Server初始化后，就得到了Server对象实例。接下来，调用Server父类LifecycleBase的init()方法。

启动

在所有初始化工作完成之后，接下来Bootstrap就会执行start()方法，启动服务器。

至此，Tomcat完成启动。