SpringBoot中如何启动Tomcat流程

前面在一篇文章中介绍了 Spring 中的一些重要的 context。有一些在此文中提到的 context，可以参看上篇文章。

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SpringBoot 项目之所以部署简单，其很大一部分原因就是因为不用自己折腾 Tomcat 相关配置，因为其本身内置了各种 Servlet 容器。一直好奇： SpringBoot 是怎么通过简单运行一个 main 函数，就能将容器启动起来，并将自身部署到其上。此文想梳理清楚这个问题。

我们从SpringBoot的启动入口中分析：

Context 创建

// Create, load, refresh and run the ApplicationContext
context = createApplicationContext();

在SpringBoot 的 run 方法中，我们发现其中很重要的一步就是上面的一行代码。注释也写的很清楚：

创建、加载、刷新、运行 ApplicationContext。

继续往里面走。

protected ConfigurableApplicationContext createApplicationContext() {
  Class<?> contextClass = this.applicationContextClass;
  if (contextClass == null) {
    try {
     contextClass = Class.forName(this.webEnvironment
        ? DEFAULT_WEB_CONTEXT_CLASS : DEFAULT_CONTEXT_CLASS);
    }
    catch (ClassNotFoundException ex) {
     throw new IllegalStateException(
        "Unable create a default ApplicationContext, "
           + "please specify an ApplicationContextClass",
        ex);
   }
  }
  return (ConfigurableApplicationContext) BeanUtils.instantiate(contextClass);
}

逻辑很清楚：

先找到 context 类，然后利用工具方法将其实例化。

其中 第5行有个判断：如果是 web 环境，则加载 DEFAULT _WEB_CONTEXT_CLASS类。参看成员变量定义，其类名为：

AnnotationConfigEmbeddedWebApplicationContext

此类的继承结构如图：

直接继承 GenericWebApplicationContext。关于该类前文已有介绍，只要记得它是专门为 web application提供context 的就好。

refresh

在经历过 Context 的创建以及Context的一些列初始化之后，调用 Context 的 refresh 方法，真正的好戏才开始上演。

从前面我们可以看到AnnotationConfigEmbeddedWebApplicationContext的继承结构，调用该类的refresh方法，最终会由其直接父类：EmbeddedWebApplicationContext 来执行。

@Override
 protected void onRefresh() {
  super.onRefresh();
  try {
    createEmbeddedServletContainer();
  }
  catch (Throwable ex) {
    throw new ApplicationContextException("Unable to start embedded container",
       ex);
  }
}

我们重点看第5行。

private void createEmbeddedServletContainer() {
  EmbeddedServletContainer localContainer = this.embeddedServletContainer;
  ServletContext localServletContext = getServletContext();
  if (localContainer == null && localServletContext == null) {
    EmbeddedServletContainerFactory containerFactory = getEmbeddedServletContainerFactory();
    this.embeddedServletContainer = containerFactory
       .getEmbeddedServletContainer(getSelfInitializer());
  }
  else if (localServletContext != null) {
   try {
     getSelfInitializer().onStartup(localServletContext);
   }
   catch (ServletException ex) {
     throw new ApplicationContextException("Cannot initialize servlet context",
        ex);
   }
  }
  initPropertySources();
}

代码第5行，获取到了一个EmbeddedServletContainerFactory，顾名思义，其作用就是为了下一步创建一个嵌入式的 servlet 容器：EmbeddedServletContainer。

public interface EmbeddedServletContainerFactory {
 
  /**
   * 创建一个配置完全的但是目前还处于“pause”状态的实例.
   * 只有其 start 方法被调用后，Client 才能与其建立连接。
   */
  EmbeddedServletContainer getEmbeddedServletContainer(
     ServletContextInitializer... initializers);
 
}

第6、7行，在 containerFactory 获取EmbeddedServletContainer的时候，参数为 getSelfInitializer 函数的执行结果。暂时不管其内部机制如何，只要知道它会返回一个 ServletContextInitializer 用于容器初始化的对象即可，我们继续往下看。

由于 EmbeddedServletContainerFactory 是个抽象工厂，不同的容器有不同的实现，因为SpringBoot默认使用Tomcat，所以就以 Tomcat 的工厂实现类 TomcatEmbeddedServletContainerFactory 进行分析：

 @Override
 public EmbeddedServletContainer getEmbeddedServletContainer(
    ServletContextInitializer... initializers) {
  Tomcat tomcat = new Tomcat();
  File baseDir = (this.baseDirectory != null ? this.baseDirectory
     : createTempDir("tomcat"));
  tomcat.setBaseDir(baseDir.getAbsolutePath());
  Connector connector = new Connector(this.protocol);
  tomcat.getService().addConnector(connector);
  customizeConnector(connector);
  tomcat.setConnector(connector);
  tomcat.getHost().setAutoDeploy(false);
  tomcat.getEngine().setBackgroundProcessorDelay(-);
  for (Connector additionalConnector : this.additionalTomcatConnectors) {
   tomcat.getService().addConnector(additionalConnector);
  }
  prepareContext(tomcat.getHost(), initializers);
  return getTomcatEmbeddedServletContainer(tomcat);
}

从第8行一直到第16行完成了 tomcat 的 connector 的添加。tomcat 中的 connector 主要负责用来处理 http 请求，具体原理可以参看 Tomcat 的源码，此处暂且不提。

第17行的方法有点长，重点看其中的几行：

 if (isRegisterDefaultServlet()) {
  addDefaultServlet(context);
 }
 if (isRegisterJspServlet() && ClassUtils.isPresent(getJspServletClassName(),
    getClass().getClassLoader())) {
  addJspServlet(context);
  addJasperInitializer(context);
  context.addLifecycleListener(new StoreMergedWebXmlListener());
 }
ServletContextInitializer[] initializersToUse = mergeInitializers(initializers);
configureContext(context, initializersToUse);

前面两个分支判断添加了默认的 servlet类和与 jsp 相关的 servlet 类。

对所有的 ServletContextInitializer 进行合并后，利用合并后的初始化类对 context 进行配置。

第 18 行，顺着方法一直往下走，开始正式启动 Tomcat。

private synchronized void initialize() throws EmbeddedServletContainerException {
  TomcatEmbeddedServletContainer.logger
     .info("Tomcat initialized with port(s): " + getPortsDescription(false));
  try {
    addInstanceIdToEngineName();
 
    // Remove service connectors to that protocol binding doesn't happen yet
    removeServiceConnectors();
 
   // Start the server to trigger initialization listeners
   this.tomcat.start();

   // We can re-throw failure exception directly in the main thread
   rethrowDeferredStartupExceptions();

   // Unlike Jetty, all Tomcat threads are daemon threads. We create a
   // blocking non-daemon to stop immediate shutdown
   startDaemonAwaitThread();
  }
  catch (Exception ex) {
   throw new EmbeddedServletContainerException("Unable to start embedded Tomcat",
      ex);
  }
}

第11行正式启动 tomcat。

现在我们回过来看看之前的那个 getSelfInitializer 方法：

private ServletContextInitializer getSelfInitializer() {
  return new ServletContextInitializer() {
   @Override
   public void onStartup(ServletContext servletContext) throws ServletException {
     selfInitialize(servletContext);
   }
  };
}

private void selfInitialize(ServletContext servletContext) throws ServletException {
  prepareEmbeddedWebApplicationContext(servletContext);
  ConfigurableListableBeanFactory beanFactory = getBeanFactory();
  ExistingWebApplicationScopes existingScopes = new ExistingWebApplicationScopes(
     beanFactory);
  WebApplicationContextUtils.registerWebApplicationScopes(beanFactory,
     getServletContext());
  existingScopes.restore();
  WebApplicationContextUtils.registerEnvironmentBeans(beanFactory,
     getServletContext());
  for (ServletContextInitializer beans : getServletContextInitializerBeans()) {
   beans.onStartup(servletContext);
  }
}

在第2行的prepareEmbeddedWebApplicationContext方法中主要是将 EmbeddedWebApplicationContext 设置为rootContext。

第4行允许用户存储自定义的 scope。

第6行主要是用来将web专用的scope注册到BeanFactory中，比如("request", "session", "globalSession", "application")。

第9行注册web专用的environment bean（比如 ("contextParameters", "contextAttributes"））到给定的 BeanFactory 中。

第11和12行，比较重要，主要用来配置 servlet、filters、listeners、context-param和一些初始化时的必要属性。

以其一个实现类ServletContextInitializer试举一例：

@Override
 public void onStartup(ServletContext servletContext) throws ServletException {
  Assert.notNull(this.servlet, "Servlet must not be null");
  String name = getServletName();
  if (!isEnabled()) {
    logger.info("Servlet " + name + " was not registered (disabled)");
    return;
  }
  logger.info("Mapping servlet: '" + name + "' to " + this.urlMappings);
  Dynamic added = servletContext.addServlet(name, this.servlet);
  if (added == null) {
   logger.info("Servlet " + name + " was not registered "
      + "(possibly already registered?)");
   return;
  }
  configure(added);
}

可以看第9行的打印： 正是在这里实现了 servlet 到 URLMapping的映射。

总结

这篇文章从主干脉络分析找到了为什么在SpringBoot中不用自己配置Tomcat，内置的容器是怎么启动起来的，顺便在分析的过程中找到了我们常用的 urlMapping 映射 Servlet 的实现。

本文题目：SpringBoot中如何启动Tomcat流程
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