Servlet 工作原理解析

 <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。

 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。

 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。

图 2. Tomcat 主要类的启动时序图

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：

1. 创建用于解析 xml 配置文件的 contextDigester 对象
2. 读取默认 context.xml 配置文件，如果存在解析它
3. 读取默认 Host 配置文件，如果存在解析它
4. 读取默认 Context 自身的配置文件，如果存在解析它
5. 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：

1. 创建读取资源文件的对象
2. 创建 ClassLoader 对象
3. 设置应用的工作目录
4. 启动相关的辅助类如：logger、realm、resources 等
5. 修改启动状态，通知感兴趣的观察者（Web 应用的配置）
6. 子容器的初始化
7. 获取 ServletContext 并设置必要的参数
8. 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：

清单 4. 创建 Wrapper 实例

 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); 
 }

初始化 Servlet

初始化 Servlet 在 StandardWrapper 的 initServlet 方法中，这个方法很简单就是调用 Servlet 的 init 的方法，同时把包装了 StandardWrapper 对象的 StandardWrapperFacade 作为 ServletConfig 传给 Servlet。Tomcat 容器为何要传 StandardWrapperFacade 给 Servlet 对象将在后面做详细解析。

如果该 Servlet 关联的是一个 jsp 文件，那么前面初始化的就是 JspServlet，接下去会模拟一次简单请求，请求调用这个 jsp 文件，以便编译这个 jsp 文件为 class，并初始化这个 class。

这样 Servlet 对象就初始化完成了，事实上 Servlet 从被 web.xml 中解析到完成初始化，这个过程非常复杂，中间有很多过程，包括各种容器状态的转化引起的监听事件的触发、各种访问权限的控制和一些不可预料的错误发生的判断行为等等。我们这里只抓了一些关键环节进行阐述，试图让大家有个总体脉络。

下面是这个过程的一个完整的时序图，其中也省略了一些细节。

图 4. 初始化 Servlet 的时序图

具体文章见：http://www.ibm.com/developerworks/cn/java/j-lo-servlet/