Spring Boot内嵌Tomcat原理

科技 07-01 来源：互联网高级架构师

一、ServletWebServerFactoryConfiguration

实际上，spring boot是指出多种服务器启动的，并不只是tomcat，还有jetty等。因此我们可以猜测具体哪种服务器是可以配置的，而spring boot又是以自动配置闻名，那么这些服务器肯定与某些自动配置类相关。

实际上，spring boot的servlet web服务器的配置类就是位于spring-boot-autoconfigure.jar下的/META-INF/spring.factories文件中的一个名为ServletWebServerFactoryAutoConfiguration的自动配置类。

在该自动配置类中，会通过@Import想容器中注入四个配置类，我们可以看到，各种容器的web服务配置，Tomcat、Jetty、Undertow，其中Tomcat对应EmbeddedTomcat。

这个EmbeddedTomcat配置类又会向Spring容器注入TomcatServletWebServerFactory，这个类就是Tomcat启动的关键类，用于创建TomcatWebServer。

另外，ServletWebServerFactoryAutoConfiguration中还会注入一系列的Customizer，用于修改内嵌Tomcat的参数和配置。

二、onRefresh启动web服务

那么，这个TomcatServletWebServerFactory是怎么在什么时候被加载到容器中并使用的呢？Tomcat又是什么时候被启动的呢？

之前的文章就讲过，在spring boot容器启动过程中，在创建容器之后，会执行刷新容器的操作，也就是refresh()操作，这个操作实际上就是spring容器的启动方法，将会加载bean以及各种配置。该方法是spring项目的核心方法，源码非常多，我们在之前以及花了大量时间讲过了，在此不再赘述，之前的文章链接Spring IoC容器初始化源码。

在refresh()方法中，有一个onRefresh()方法。

这个onRefresh方法默认是一个空的实现，这是留给子类容器实现的扩展方法。这个方法是在所有的bean定义被注入到容器中之后调用的，而在onRefresh方法之后，则会对所有的普通单例bean进行实例化和初始化。

默认的web服务容器是AnnotationConfigServletWebServerApplicationContext，它又继承了ServletWebServerApplicationContext，该类就对onRefresh方法进行了实现，并且Spring boot的web服务器就是在此启动的！

/**
 * ServletWebServerApplicationContext实现的方法
 */
@Override
protected void onRefresh(){
   //调用父类的逻辑
   super.onRefresh();
   try{
      /*
       * 关键方法，创建webserver
       */
      createWebServer();
   }
   catch( Throwable ex ){
      throw new ApplicationContextException( "Unable to start web server", ex );
   }
}

可以看到，内部调用了createWebServer方法创建web服务器。

2.1 createWebServer创建web服务

createWebServer方法的代码如下，它会通过之前配置的ServletWebServerFactory，获取webServer，即创建web服务器。

一般我们使用的ServletWebServerFactory就是TomcatServletWebServerFactory，使用的webserver就是TomcatWebServer。

在创建了webserver之后，会想容器注入两个SmartLifecycle类型的bean实例，这实际上是一个扩展点的实例，用于实现容器回调。

其中，注册的WebServerStartStopLifecycle实例，在ServletWebServerApplicationContext类型的容器启动完毕后会调用该实例的start方法启动webServer并发送事件，在ServletWebServerApplicationContext类型的容器销毁时将会调用该实例的stop方法销毁webServer。

private volatile WebServer webServer;

/**
 * ServletWebServerApplicationContext的方法
 * 
 * 创建web服务
 */
private void createWebServer(){
   //获取WebServer，这里默认是空的
   WebServer webServer = this.webServer;
   //获取ServletContext，即servlet上下文，这里默认是空的
   ServletContext servletContext = getServletContext();
   /*
    * 获取webServer，初始化web服务
    */
   if( webServer == null && servletContext == null ){
      //获取web服务工厂，默认就是TomcatServletWebServerFactory
      ServletWebServerFactory factory = getWebServerFactory();
      /*
       * 通过web服务工厂获取web服务，核心代码
       * 创建内嵌的Tomcat并启动
       */
      this.webServer = factory.getWebServer( getSelfInitializer() );
      /*
       * 注册WebServerGracefulShutdownLifecycle的实例到容器中
       * ReactiveWebServerApplicationContext容器启动完毕后会调用该实例的start方法
       * ReactiveWebServerApplicationContext容器销毁时将会调用该实例的stop方法
       */
      getBeanFactory().registerSingleton( "webServerGracefulShutdown", new WebServerGracefulShutdownLifecycle( this.webServer ) );
      /*
       * 注册WebServerStartStopLifecycle的实例到容器中
       * ServletWebServerApplicationContext容器启动完毕后会调用该实例的start方法尝试启动webServer并发送事件
       * ServletWebServerApplicationContext容器销毁时将会调用该实例的stop方法销毁webServer
       */
      getBeanFactory().registerSingleton( "webServerStartStop", new WebServerStartStopLifecycle( this, this.webServer ) );
   }
   else if( servletContext != null ){
      try{
         getSelfInitializer().onStartup( servletContext );
      }
      catch( ServletException ex ){
         throw new ApplicationContextException( "Cannot initialize servlet context", ex );
      }
   }
   //初始化ConfigurableWebEnvironment类型的配属数据源
   initPropertySources();
}

getWebServerFactory获取web服务工厂

该方法获取web服务工厂，工厂用于创建web服务。

/**
 * ServletWebServerApplicationContext的方法
 * 
 * 获取ServletWebServerFactory，用于初始化webServer
 * 默认返回TomcatServletWebServerFactory
 */
protected ServletWebServerFactory getWebServerFactory(){
   //从容器中搜索ServletWebServerFactory类型的beanName数组
   //之前的ServletWebServerFactoryConfiguration配置类就会像容器中
   //注入ServletWebServerFactory的bean，默认就是TomcatServletWebServerFactory
   String[] beanNames = getBeanFactory().getBeanNamesForType( ServletWebServerFactory.class );
   //没有web服务工厂
   if( beanNames.length == 0 ){
      throw new ApplicationContextException(
            "Unable to start ServletWebServerApplicationContext due to missing " + "ServletWebServerFactory bean." );
   }
   //有多个web服务工厂
   if( beanNames.length > 1 ){
      throw new ApplicationContextException(
            "Unable to start ServletWebServerApplicationContext due to multiple " + "ServletWebServerFactory beans : " + StringUtils.arrayToCommaDelimitedString(
                  beanNames ) );
   }
   //从容器中获取web服务工厂的实例
   return getBeanFactory().getBean( beanNames[ 0 ], ServletWebServerFactory.class );
}

getWebServer获取web服务

ServletWebServerFactory的方法，用于获取web服务。其中TomcatServletWebServerFactory的方法用于创建Tomcat实例并返回TomcatServer。

该方法中的一些名词比如baseDir、connector、Service、Host、AutoDeploy 、Engine等等都是Tomcat中的概念，我们之前就介绍过了，在此不再赘述了。

在最后的getTomcatWebServer方法中会对Tomcat服务器进行启动。控制台会输出日志：Tomcat initialized with port(s): 8080 (http)。

/**
 * TomcatServletWebServerFactory的方法
 * 创建内嵌的Tomcat
 *
 * @param initializers 初始化器
 * @return Tomcat的web服务
 */
@Override
public WebServer getWebServer( ServletContextInitializer... initializers ){

   if( this.disableMBeanRegistry ){
      Registry.disableRegistry();
   }
   //创建Tomcat实例
   Tomcat tomcat = new Tomcat();
   //设置Tomcat的基本目录
   File baseDir = ( this.baseDirectory != null ) ? this.baseDirectory : createTempDir( "tomcat" );
   tomcat.setBaseDir( baseDir.getAbsolutePath() );
   //设置Connector，用于接受请求发挥响应
   Connector connector = new Connector( this.protocol );
   connector.setThrowOnFailure( true );
   tomcat.getService().addConnector( connector );
   //自定义连接器
   customizeConnector( connector );
   tomcat.setConnector( connector );
   //是否自动部署
   tomcat.getHost().setAutoDeploy( false );
   //设置Engine
   configureEngine( tomcat.getEngine() );
   //自己扩展的连接器
   for( Connector additionalConnector : this.additionalTomcatConnectors ){
      tomcat.getService().addConnector( additionalConnector );
   }
   //准备上下文
   prepareContext( tomcat.getHost(), initializers );
   //创建TomcatWebServer，启动Tomcat，返回TomcatWebServer
   return getTomcatWebServer( tomcat );
}

Tomcat启动后的继续执行Spring的逻辑，初始化bean实例等等，Spring容器初始化完毕之后，调用WebServerStartStopLifecycle的start方法，对TomcatWebServer进行启动，此时控制台会输出日志：Tomcat started on port(s): 8080 (http) with context path ''。