查漏补缺：连接器在Tomcat中是如何设计的

从连接器(Connector)源码说起

既然是来解析连接器(Connector)，那么我们直接从源码入手，后面所有源码我会剔除不重要部分，所以会忽略大部分源码细节，只关注流程。源码如下(高能预警，大量代码)：

public class Connector extends LifecycleMBeanBase { 
 public Connector() { 
 this("org.apache.coyote.http11.Http11NioProtocol"); 
 } 
 public Connector(String protocol) { 
 boolean aprConnector = AprLifecycleListener.isAprAvailable() && 
 AprLifecycleListener.getUseAprConnector(); 
 if ("HTTP/1.1".equals(protocol) || protocol == null) { 
 if (aprConnector) { 
 protocolHandlerClassName = "org.apache.coyote.http11.Http11AprProtocol"; 
 } else { 
 protocolHandlerClassName = "org.apache.coyote.http11.Http11NioProtocol"; 
 } 
 } else if ("AJP/1.3".equals(protocol)) { 
 if (aprConnector) { 
 protocolHandlerClassName = "org.apache.coyote.ajp.AjpAprProtocol"; 
 } else { 
 protocolHandlerClassName = "org.apache.coyote.ajp.AjpNioProtocol"; 
 } 
 } else { 
 protocolHandlerClassName = protocol; 
 } 
 // Instantiate protocol handler 
 ProtocolHandler p = null; 
 try { 
 Class<?> clazz = Class.forName(protocolHandlerClassName); 
 p = (ProtocolHandler) clazz.getConstructor().newInstance(); 
 } catch (Exception e) { 
 log.error(sm.getString( 
 "coyoteConnector.protocolHandlerInstantiationFailed"), e); 
 } finally { 
 this.protocolHandler = p; 
 } 
 // Default for Connector depends on this system property 
 setThrowOnFailure(Boolean.getBoolean("org.apache.catalina.startup.EXIT_ON_INIT_FAILURE")); 
 } 

我们来看看Connector的构造方法，其实只做了一件事情，就是根据协议设置对应的ProtocolHandler,根据名称我们知道，这是协议处理类，所以连接器内部的一个重要子模块就是ProtocolHandler。

关于生命周期

我们看到Connector继承了LifecycleMBeanBase，我们来看看Connector的最终继承关系：

我们看到最终实现的是Lifecycle接口,我们看看这个接口是何方神圣。我把其接口的注释拿下来解释下

/** 
 * Common interface for component life cycle methods. Catalina components 
 * may implement this interface (as well as the appropriate interface(s) for 
 * the functionality they support) in order to provide a consistent mechanism 
 * to start and stop the component. 
 * start() 
 * ----------------------------- 
 * | | 
 * | init() | 
 * NEW -»-- INITIALIZING | 
 * | | | | ------------------«----------------------- 
 * | | |auto | | | 
 * | | \|/ start() \|/ \|/ auto auto stop() | 
 * | | INITIALIZED --»-- STARTING_PREP --»- STARTING --»- STARTED --»--- | 
 * | | | | | 
 * | |destroy()| | | 
 * | --»-----«-- ------------------------«-------------------------------- ^ 
 * | | | | 
 * | | \|/ auto auto start() | 
 * | | STOPPING_PREP ----»---- STOPPING ------»----- STOPPED -----»----- 
 * | \|/ ^ | ^ 
 * | | stop() | | | 
 * | | -------------------------- | | 
 * | | | | | 
 * | | | destroy() destroy() | | 
 * | | FAILED ----»------ DESTROYING ---«----------------- | 
 * | | ^ | | 
 * | | destroy() | |auto | 
 * | --------»----------------- \|/ | 
 * | DESTROYED | 
 * | | 
 * | stop() | 
 * ----»-----------------------------»------------------------------ 
 * 
 * Any state can transition to FAILED. 
 * 
 * Calling start() while a component is in states STARTING_PREP, STARTING or 
 * STARTED has no effect. 
 * 
 * Calling start() while a component is in state NEW will cause init() to be 
 * called immediately after the start() method is entered. 
 * 
 * Calling stop() while a component is in states STOPPING_PREP, STOPPING or 
 * STOPPED has no effect. 
 * 
 * Calling stop() while a component is in state NEW transitions the component 
 * to STOPPED. This is typically encountered when a component fails to start and 
 * does not start all its sub-components. When the component is stopped, it will 
 * try to stop all sub-components - even those it didn't start. 
 * 
 * Attempting any other transition will throw {@link LifecycleException}. 
 * 
 * </pre> 
 * The {@link LifecycleEvent}s fired during state changes are defined in the 
 * methods that trigger the changed. No {@link LifecycleEvent}s are fired if the 
 * attempted transition is not valid. 

这段注释翻译就是，这个接口是提供给组件声明周期管理的，并且提供了声明周期流转图。这里我们只需要知道正常流程即可：

New--->Init()---->Start()---->Stop()--->Destory() 

从生命周期探索连接器

根据上面的生命周期说明，我们可以知道连接器(Connector)就是按照如此的声明周期管理的，所以我们找到了线索，所以连接器肯定会先初始化然后再启动。我们查看其initInternal()方法可以知道连接器初始化做了什么事情，源码如下：

@Override 
 protected void initInternal() throws LifecycleException { 
 super.initInternal(); 
 if (protocolHandler == null) { 
 throw new LifecycleException( 
 sm.getString("coyoteConnector.protocolHandlerInstantiationFailed")); 
 } 
 // Initialize adapter 
 adapter = new CoyoteAdapter(this); 
 protocolHandler.setAdapter(adapter); 
 if (service != null) { 
 protocolHandler.setUtilityExecutor(service.getServer().getUtilityExecutor()); 
 } 
 // Make sure parseBodyMethodsSet has a default 
 if (null == parseBodyMethodsSet) { 
 setParseBodyMethods(getParseBodyMethods()); 
 } 
 if (protocolHandler.isAprRequired() && !AprLifecycleListener.isInstanceCreated()) { 
 throw new LifecycleException(sm.getString("coyoteConnector.protocolHandlerNoAprListener", 
 getProtocolHandlerClassName())); 
 } 
 if (protocolHandler.isAprRequired() && !AprLifecycleListener.isAprAvailable()) { 
 throw new LifecycleException(sm.getString("coyoteConnector.protocolHandlerNoAprLibrary", 
 getProtocolHandlerClassName())); 
 } 
 if (AprLifecycleListener.isAprAvailable() && AprLifecycleListener.getUseOpenSSL() && 
 protocolHandler instanceof AbstractHttp11JsseProtocol) { 
 AbstractHttp11JsseProtocol<?> jsseProtocolHandler = 
 (AbstractHttp11JsseProtocol<?>) protocolHandler; 
 if (jsseProtocolHandler.isSSLEnabled() && 
 jsseProtocolHandler.getSslImplementationName() == null) { 
 // OpenSSL is compatible with the JSSE configuration, so use it if APR is available 
 jsseProtocolHandler.setSslImplementationName(OpenSSLImplementation.class.getName()); 
 } 
 } 
 try { 
 protocolHandler.init(); 
 } catch (Exception e) { 
 throw new LifecycleException( 
 sm.getString("coyoteConnector.protocolHandlerInitializationFailed"), e); 
 } 
 } 
} 

根据上面源码，我们发现主要是处理protocolHandler并初始化它，同时我们注意到了protocolHandler 设置了一个适配器，我们看看这个适配器是做啥的，跟踪源码如下：

/** 
 * The adapter, used to call the connector. 
 * 
 * @param adapter The adapter to associate 
 */ 
 public void setAdapter(Adapter adapter); 

这个注释已经说的很直白了，这个适配器就是用来调用连接器的。我们再继续看看protocolHandler的初始化方法

 /** 
 * Endpoint that provides low-level network I/O - must be matched to the 
 * ProtocolHandler implementation (ProtocolHandler using NIO, requires NIO 
 * Endpoint etc.). 
 */ 
private final AbstractEndpoint<S,?> endpoint; 
public void init() throws Exception { 
 if (getLog().isInfoEnabled()) { 
 getLog().info(sm.getString("abstractProtocolHandler.init", getName())); 
 logPortOffset(); 
 } 
 if (oname == null) { 
 // Component not pre-registered so register it 
 oname = createObjectName(); 
 if (oname != null) { 
 Registry.getRegistry(null, null).registerComponent(this, oname, null); 
 } 
 } 
 if (this.domain != null) { 
 rgOname = new ObjectName(domain + ":type=GlobalRequestProcessor,name=" + getName()); 
 Registry.getRegistry(null, null).registerComponent( 
 getHandler().getGlobal(), rgOname, null); 
 } 
 String endpointName = getName(); 
 endpoint.setName(endpointName.substring(1, endpointName.length()-1)); 
 endpoint.setDomain(domain); 
 endpoint.init(); 
 } 

这里出现了一个新的对象，endpoint,根据注释我们可以知道endpoint是用来处理网络IO的，而且必须匹配到指定的子类(比如Nio,就是NioEndPoint处理)。endpoint.init()实际上就是做一些网络的配置，然后就是初始化完毕了。根据我们上面的周期管理，我们知道init()后就是start(),所以我们查看Connector的start()源码：

protected void startInternal() throws LifecycleException { 
// Validate settings before starting 
if (getPortWithOffset() < 0) { 
throw new LifecycleException(sm.getString( 
"coyoteConnector.invalidPort", Integer.valueOf(getPortWithOffset()))); 
} 
setState(LifecycleState.STARTING); 
try { 
protocolHandler.start(); 
} catch (Exception e) { 
throw new LifecycleException( 
sm.getString("coyoteConnector.protocolHandlerStartFailed"), e); 
} 
} 

其实就是主要调用 protocolHandler.start()方法，继续跟踪，为了方便表述，我会把接下来的代码统一放在一起说明，代码如下：

//1.类：AbstractProtocol implements ProtocolHandler, 
 MBeanRegistration 
 public void start() throws Exception { 
 // 省略部分代码 
 endpoint.start(); 
 } 
//2. 类：AbstractEndPoint  
public final void start() throws Exception { 
 // 省略部分代码 
 startInternal(); 
 } 
 /**3.类：NioEndPoint extends AbstractJsseEndpoint<NioChannel,SocketChannel> 
 * Start the NIO endpoint, creating acceptor, poller threads. 
 */ 
 @Override 
 public void startInternal() throws Exception { 
 //省略部分代码 
  
 // Start poller thread 
 poller = new Poller(); 
 Thread pollerThread = new Thread(poller, getName() + "-ClientPoller"); 
 pollerThread.setPriority(threadPriority); 
 pollerThread.setDaemon(true); 
 pollerThread.start(); 
 startAcceptorThread(); 
 } 
 } 

到这里，其实整个启动代码就完成了，我们看到最后是在NioEndPoint创建了一个Poller,并且启动它，这里需要补充说明下，这里只是以NioEndPoint为示列，其实Tomcat 主要提供了三种实现，分别是AprEndPoint,NioEndPoint,Nio2EndPoint,这里表示了tomcat支持的I/O模型：

• APR:采用 Apache 可移植运行库实现,它根据不同操作系统，分别用c重写了大部分IO和系统线程操作模块,据说性能要比其他模式要好(未实测)。
• NIO：非阻塞 I/O
• NIO.2：异步 I/O

上述代码主要是开启两个线程，一个是Poller,一个是开启Acceptor，既然是线程，核心的代码肯定是run方法，我们来查看源码，代码如下：

//4.类：Acceptor<U> implements Runnable 
 public void run() { 
 //省略了部分代码 
 U socket = null; 
 socket = endpoint.serverSocketAccept(); 
 // Configure the socket 
 if (endpoint.isRunning() && !endpoint.isPaused()) { 
 // setSocketOptions() will hand the socket off to 
 // an appropriate processor if successful 
 //核心逻辑 
 if (!endpoint.setSocketOptions(socket)) { 
 endpoint.closeSocket(socket); 
 } 
 } else { 
 endpoint.destroySocket(socket); 
 } 
  
 state = AcceptorState.ENDED; 
} 
//5.类：NioEndpoint 
protected boolean setSocketOptions(SocketChannel socket) { 
 // Process the connection 
 //省略部分代码 
 try { 
 // Disable blocking, polling will be used 
 socket.configureBlocking(false); 
 Socket sock = socket.socket(); 
 socketProperties.setProperties(sock); 
 NioSocketWrapper socketWrapper = new NioSocketWrapper(channel, this); 
 channel.setSocketWrapper(socketWrapper); 
 socketWrapper.setReadTimeout(getConnectionTimeout()); 
 socketWrapper.setWriteTimeout(getConnectionTimeout()); 
 socketWrapper.setKeepAliveLeft(NioEndpoint.this.getMaxKeepAliveRequests()); 
 socketWrapper.setSecure(isSSLEnabled()); 
 //核心逻辑 
 poller.register(channel, socketWrapper); 
 return true; 
  
 } 

这里可以发现Acceptor主要就是接受socket,然后把它注册到poller中，我们继续看看是如何注册的。

/**6.类NioEndpoint 
 * Registers a newly created socket with the poller. 
 * 
 * @param socket The newly created socket 
 * @param socketWrapper The socket wrapper 
 */ 
 public void register(final NioChannel socket, final NioSocketWrapper socketWrapper) { 
 socketWrapper.interestOps(SelectionKey.OP_READ);//this is what OP_REGISTER turns into. 
 PollerEvent r = null; 
 if (eventCache != null) { 
 r = eventCache.pop(); 
 } 
 if (r == null) { 
 r = new PollerEvent(socket, OP_REGISTER); 
 } else { 
 r.reset(socket, OP_REGISTER); 
 } 
 addEvent(r); 
 } 
/** 7.类：PollerEvent implements Runnable 
 public void run() { 
 //省略部分代码 
 socket.getIOChannel().register(socket.getSocketWrapper().getPoller().getSelector(), SelectionKey.OP_READ, socket.getSocketWrapper()); 
 } 

这里发现最终就是采用NIO模型把其注册到通道中。(这里涉及NIO网络编程知识，不了解的同学可以传送这里)。那么注册完毕后，我们看看Poller做了什么事情。

*/  
 /**8.类：NioEndPoint内部类 Poller implements Runnable 
 **/  
 @Override 
 public void run() { 
 // Loop until destroy() is called 
 while (true) { 
 //省略部分代码 
 Iterator<SelectionKey> iterator = 
 keyCount > 0 ? selector.selectedKeys().iterator() : null; 
 // Walk through the collection of ready keys and dispatch 
 // any active event. 
 while (iterator != null && iterator.hasNext()) { 
 SelectionKey sk = iterator.next(); 
 NioSocketWrapper socketWrapper = (NioSocketWrapper) sk.attachment(); 
 // Attachment may be null if another thread has called 
 // cancelledKey() 
 if (socketWrapper == null) { 
 iterator.remove(); 
 } else { 
 iterator.remove(); 
 //sock处理 
 processKey(sk, socketWrapper); 
 } 
 } 
 //省略部分代码 
 }  

这个就是通过selector把之前注册的事件取出来，从而完成了调用。

//9.类： NioEndPoint内部类 Poller implements Runnable  
protected void processKey(SelectionKey sk, NioSocketWrapper socketWrapper) { 
 //省略大部分代码 
 processSocket(socketWrapper, SocketEvent.OPEN_WRITE, true) 
  
} 
  
//10.类：AbstractEndPoint  
public boolean processSocket(SocketWrapperBase<S> socketWrapper, 
 SocketEvent event, boolean dispatch) { 
 //省略部分代码 
 Executor executor = getExecutor(); 
 if (dispatch && executor != null) { 
 executor.execute(sc); 
 } else { 
 sc.run(); 
 } 
  
 return true; 
 }  
//11.类：SocketProcessorBase implements Runnable  
public final void run() { 
 synchronized (socketWrapper) { 
 // It is possible that processing may be triggered for read and 
 // write at the same time. The sync above makes sure that processing 
 // does not occur in parallel. The test below ensures that if the 
 // first event to be processed results in the socket being closed, 
 // the subsequent events are not processed. 
 if (socketWrapper.isClosed()) { 
 return; 
 } 
 doRun(); 
 } 
 } 
  
//类：12.NioEndPoint extends AbstractJsseEndpoint<NioChannel,SocketChannel>  
protected void doRun() { 
 //省略部分代码 
 if (handshake == 0) { 
 SocketState state = SocketState.OPEN; 
 // Process the request from this socket 
 if (event == null) { 
 state = getHandler().process(socketWrapper, SocketEvent.OPEN_READ); 
 } else { 
 state = getHandler().process(socketWrapper, event); 
 } 
 if (state == SocketState.CLOSED) { 
 poller.cancelledKey(key, socketWrapper); 
 } 
 } 
 }  
  

Poller调用的run方法或者用Executor线程池去执行run(),最终调用都是各个子EndPoint中的doRun()方法，最终会取一个Handler去处理socketWrapper。继续看源码：

//类：13.AbstractProtocol内部类ConnectionHandler implements AbstractEndpoint.Handler<S> 
 public SocketState process(SocketWrapperBase<S> wrapper, SocketEvent status) { 
 //省略部分代码 
  
 state = processor.process(wrapper, status); 
  
 return SocketState.CLOSED; 
 } 
  
//类：14.AbstractProcessorLight implements Processor  
public SocketState process(SocketWrapperBase<?> socketWrapper, SocketEvent status) 
 throws IOException { 
 //省略部分代码 
  
 state = service(socketWrapper); 
  
 return state; 
 } 

这部分源码表明最终调用的process是通过一个Processor接口的实现类来完成的，这里最终也是会调用到各个子类中，那么这里的处理器其实就是处理应用协议，我们可以查看AbstractProcessorLight的实现类，分别有AjpProcessor、Http11Processor、StreamProcessor，分别代表tomcat支持三种应用层协议，分别是：

• AJP协议
• HTTP.1协议
• HTTP2.0协议

这里我们以常用的HTTP1.1为例，继续看源码：

//类：15. Http11Processor extends AbstractProcessor 
public SocketState service(SocketWrapperBase<?> socketWrapper) 
 throws IOException { 
 //省略大部分代码 
 getAdapter().service(request, response); 
 //省略大部分代码  
 }  
//类：16 CoyoteAdapter implements Adapter 
public void service(org.apache.coyote.Request req, org.apache.coyote.Response res) 
 throws Exception { 
 Request request = (Request) req.getNote(ADAPTER_NOTES); 
 Response response = (Response) res.getNote(ADAPTER_NOTES); 
 postParseSuccess = postParseRequest(req, request, res, response); 
 if (postParseSuccess) { 
 //check valves if we support async 
 request.setAsyncSupported( 
 connector.getService().getContainer().getPipeline().isAsyncSupported()); 
 // Calling the container 
 connector.getService().getContainer().getPipeline().getFirst().invoke( 
 request, response); 
 } 
  
 } 

这里我们发现协议处理器最终会调用适配器(CoyoteAdapter),而适配器最终的工作是转换Request和Response对象为HttpServletRequest和HttpServletResponse，从而可以去调用容器，到这里整个连接器的流程和作用我们就已经分析完了。

小结

那么我们来回忆下整个流程，我画了一张时序图来说明：

这张图包含了两个流程，一个是组件的初始化，一个是调用的流程。连接器(Connector)主要初始化了两个组件，ProtcoHandler和EndPoint,但是我们从代码结构发现，他们两个是父子关系，也就是说ProtcoHandler包含了EndPoint。后面的流程就是各个子组件的调用链关系，总结来说就是Acceptor负责接收请求，然后注册到Poller，Poller负责处理请求，然后调用processor处理器来处理，最后把请求转成符合Servlet规范的request和response去调用容器(Container)。点击免费“领取Java架构资料”

我们流程梳理清楚了，接下来我们来结构化的梳理下：

回到连接器(Connector)是源码，我们发现，上述说的模块只有ProtocolHandler和Adapter两个属于连接器中，也就是说，连接器只包含了这两大子模块，那么后续的EndPoint、Acceptor、Poller、Processor都是ProtocolHandler的子模块。 而Acceptor和Poller两个模块的核心功能都是在EndPoint 中完成的，所以是其子模块，而Processor比较独立，所以它和EndPoint是一个级别的子模块。

我们用图来说明下上述的关系：

根据上图我们可以知道，连接器主要负责处理连接请求，然后通过适配器调用容器。那么具体流程细化可以如下：

• Acceptor监听网络请求，获取请求。
• Poller获取到监听的请求提交线程池进行处理。
• Processor根据具体的应用协议(HTTP/AJP)来生成Tomcat Request对象。
• Adapter把Request对象转换成Servlet标准的Request对象，调用容器。

总结

我们从连接器的源码，一步一步解析，分析了连接器主要包含了两大模块，ProtocolHandler和Adapter。ProtocolHandler主要包含了Endpoint模块和Processor模块。Endpoint模块主要的作用是连接的处理，它委托了Acceptor子模块进行连接的监听和注册,委托子模块Poller进行连接的处理;而Processor模块主要是应用协议的处理，最后提交给Adapter进行对象的转换，以便可以调用容器(Container)。另外我们也在分析源码的过程中补充了一些额外知识点：

• 当前Tomcat版本支持的IO模型为：APR模型、NIO模型、NIO.2模型
• Tomcat支持的协议是AJP和HTTP,其中HTTP又分为HTTP1.1和HTTP2.0