总在说SpringBoot内置了tomcat启动，那它的原理你说的清楚吗？

前言

不得不说SpringBoot的开发者是在为大众程序猿谋福利，把大家都惯成了懒汉，xml不配置了，连tomcat也懒的配置了，典型的一键启动系统，那么tomcat在springboot是怎么启动的呢？

内置tomcat

开发阶段对我们来说使用内置的tomcat是非常够用了，当然也可以使用jetty。 

<dependency>  
   <groupId>org.springframework.boot</groupId>  
   <artifactId>spring-boot-starter-web</artifactId>  
   <version>2.1.6.RELEASE</version>  
</dependency>  

@SpringBootApplication  
public class MySpringbootTomcatStarter{  
    public static void main(String[] args) {  
        Long time=System.currentTimeMillis();  
        SpringApplication.run(MySpringbootTomcatStarter.class);  
        System.out.println("===应用启动耗时："+(System.currentTimeMillis()-time)+"===");  
    }  
} 

这里是main函数入口，两句代码最耀眼，分别是SpringBootApplication注解和SpringApplication.run()方法。

发布生产

发布的时候，目前大多数的做法还是排除内置的tomcat，打瓦包（war）然后部署在生产的tomcat中，好吧，那打包的时候应该怎么处理？ 

<dependency>  
    <groupId>org.springframework.boot</groupId>  
    <artifactId>spring-boot-starter-web</artifactId>  
    <!-- 移除嵌入式tomcat插件 -->  
    <exclusions>  
        <exclusion>  
            <groupId>org.springframework.boot</groupId>  
            <artifactId>spring-boot-starter-tomcat</artifactId>  
        </exclusion>  
    </exclusions>  
</dependency>  
<!--添加servlet-api依赖--->  
<dependency>  
    <groupId>javax.servlet</groupId>  
    <artifactId>javax.servlet-api</artifactId>  
    <version>3.1.0</version>  
    <scope>provided</scope>  
</dependency> 

更新main函数，主要是继承SpringBootServletInitializer，并重写configure()方法。 

@SpringBootApplication  
public class MySpringbootTomcatStarter extends SpringBootServletInitializer {  
    public static void main(String[] args) {  
        Long time=System.currentTimeMillis();  
        SpringApplication.run(MySpringbootTomcatStarter.class);  
        System.out.println("===应用启动耗时："+(System.currentTimeMillis()-time)+"===");  
    } 
    @Override  
    protected SpringApplicationBuilder configure(SpringApplicationBuilder builder) {  
        return builder.sources(this.getClass());  
    }  
} 

从main函数说起 

public static ConfigurableApplicationContext run(Class<?> primarySource, String... args) {  
    return run(new Class[]{primarySource}, args);  
}  
--这里run方法返回的是ConfigurableApplicationContext  
public static ConfigurableApplicationContext run(Class<?>[] primarySources, String[] args) {  
 return (new SpringApplication(primarySources)).run(args);  
}  

public ConfigurableApplicationContext run(String... args) {  
 ConfigurableApplicationContext context = null;  
 Collection<SpringBootExceptionReporter> exceptionReporters = new ArrayList();  
 this.configureHeadlessProperty();  
 SpringApplicationRunListeners listeners = this.getRunListeners(args);  
 listeners.starting();  
 Collection exceptionReporters;  
 try {  
  ApplicationArguments applicationArguments = new DefaultApplicationArguments(args);  
  ConfigurableEnvironment environment = this.prepareEnvironment(listeners, applicationArguments);  
  this.configureIgnoreBeanInfo(environment);  
  //打印banner，这里你可以自己涂鸦一下，换成自己项目的logo  
  Banner printedBanner = this.printBanner(environment);   
  //创建应用上下文  
  context = this.createApplicationContext();  
  exceptionReporters = this.getSpringFactoriesInstances(SpringBootExceptionReporter.class, new Class[]{ConfigurableApplicationContext.class}, context);  
  //预处理上下文  
  this.prepareContext(context, environment, listeners, applicationArguments, printedBanner); 
   //刷新上下文 
   this.refreshContext(context); 
   //再刷新上下文  
  this.afterRefresh(context, applicationArguments);  
   listeners.started(context);  
  this.callRunners(context, applicationArguments);  
 } catch (Throwable var10) {      
 }  
 try {  
  listeners.running(context);  
  return context;  
 } catch (Throwable var9) {      
 }  
} 

既然我们想知道tomcat在SpringBoot中是怎么启动的，那么run方法中，重点关注创建应用上下文（createApplicationContext）和刷新上下文（refreshContext）。

创建上下文 

//创建上下文  
protected ConfigurableApplicationContext createApplicationContext() {  
 Class<?> contextClass = this.applicationContextClass;  
 if (contextClass == null) {  
  try {  
   switch(this.webApplicationType) {  
    case SERVLET:  
                    //创建AnnotationConfigServletWebServerApplicationContext  
        contextClass = Class.forName("org.springframework.boot.web.servlet.context.AnnotationConfigServletWebServerApplicationContext");  
     break;  
    case REACTIVE:  
     contextClass = Class.forName("org.springframework.boot.web.reactive.context.AnnotationConfigReactiveWebServerApplicationContext");  
     break;  
    default:  
     contextClass = Class.forName("org.springframework.context.annotation.AnnotationConfigApplicationContext");  
   }  
  } catch (ClassNotFoundException var3) {  
   throw new IllegalStateException("Unable create a default ApplicationContext, please specify an ApplicationContextClass", var3);  
  }  
 }  
 return (ConfigurableApplicationContext)BeanUtils.instantiateClass(contextClass);  
} 

这里会创建AnnotationConfigServletWebServerApplicationContext类。而AnnotationConfigServletWebServerApplicationContext类继承了ServletWebServerApplicationContext，而这个类是最终集成了AbstractApplicationContext。Java知音公众号内回复“后端面试”，送你一份Java面试题宝典

刷新上下文 

//SpringApplication.java  
//刷新上下文  
private void refreshContext(ConfigurableApplicationContext context) {  
 this.refresh(context);  
 if (this.registerShutdownHook) {  
  try {  
   context.registerShutdownHook();  
  } catch (AccessControlException var3) {  
  }  
 }  
}  
//这里直接调用最终父类AbstractApplicationContext.refresh()方法  
protected void refresh(ApplicationContext applicationContext) {  
 ((AbstractApplicationContext)applicationContext).refresh();  
}  

//AbstractApplicationContext.java  
public void refresh() throws BeansException, IllegalStateException {  
 synchronized(this.startupShutdownMonitor) {  
  this.prepareRefresh();  
  ConfigurableListableBeanFactory beanFactory = this.obtainFreshBeanFactory();  
  this.prepareBeanFactory(beanFactory);  
  try {  
   this.postProcessBeanFactory(beanFactory);  
   this.invokeBeanFactoryPostProcessors(beanFactory);  
   this.registerBeanPostProcessors(beanFactory);  
   this.initMessageSource();  
   this.initApplicationEventMulticaster();  
   //调用各个子类的onRefresh()方法，也就说这里要回到子类：ServletWebServerApplicationContext，调用该类的onRefresh()方法  
   this.onRefresh();  
   this.registerListeners();  
   this.finishBeanFactoryInitialization(beanFactory);  
   this.finishRefresh();  
  } catch (BeansException var9) {  
   this.destroyBeans();  
   this.cancelRefresh(var9);  
   throw var9;  
  } finally {  
   this.resetCommonCaches();  
  }  
 }  
}  

//ServletWebServerApplicationContext.java  
//在这个方法里看到了熟悉的面孔，this.createWebServer，神秘的面纱就要揭开了。  
protected void onRefresh() {  
 super.onRefresh();  
 try {  
  this.createWebServer();  
 } catch (Throwable var2) { 
  }  
}  
//ServletWebServerApplicationContext.java  
//这里是创建webServer，但是还没有启动tomcat，这里是通过ServletWebServerFactory创建，那么接着看下ServletWebServerFactory  
private void createWebServer() {  
 WebServer webServer = this.webServer;  
 ServletContext servletContext = this.getServletContext();  
 if (webServer == null && servletContext == null) {  
  ServletWebServerFactory factory = this.getWebServerFactory();  
  this.webServer = factory.getWebServer(new ServletContextInitializer[]{this.getSelfInitializer()});  
 } else if (servletContext != null) {  
  try {  
   this.getSelfInitializer().onStartup(servletContext);  
  } catch (ServletException var4) {  
  }  
 }  
 this.initPropertySources();  
}  
//接口  
public interface ServletWebServerFactory {  
    WebServer getWebServer(ServletContextInitializer... initializers);  
}  
//实现  
AbstractServletWebServerFactory  
JettyServletWebServerFactory  
TomcatServletWebServerFactory  
UndertowServletWebServerFactory 

这里ServletWebServerFactory接口有4个实现类

而其中我们常用的有两个：TomcatServletWebServerFactory和JettyServletWebServerFactory。 

//TomcatServletWebServerFactory.java  
//这里我们使用的tomcat，所以我们查看TomcatServletWebServerFactory。到这里总算是看到了tomcat的踪迹。  
@Override  
public WebServer getWebServer(ServletContextInitializer... initializers) {  
 Tomcat tomcat = new Tomcat(); 
 File baseDir = (this.baseDirectory != null) ? this.baseDirectory : createTempDir("tomcat");  
 tomcat.setBaseDir(baseDir.getAbsolutePath());  
    //创建Connector对象  
 Connector connector = new Connector(this.protocol);  
 tomcat.getService().addConnector(connector); 
 customizeConnector(connector);  
 tomcat.setConnector(connector); 
 tomcat.getHost().setAutoDeploy(false);  
 configureEngine(tomcat.getEngine());  
 for (Connector additionalConnector : this.additionalTomcatConnectors) {  
  tomcat.getService().addConnector(additionalConnector);  
 }  
 prepareContext(tomcat.getHost(), initializers); 
 return getTomcatWebServer(tomcat);  
}  
protected TomcatWebServer getTomcatWebServer(Tomcat tomcat) {  
 return new TomcatWebServer(tomcat, getPort() >= 0);  
}  
//Tomcat.java  
//返回Engine容器，看到这里，如果熟悉tomcat源码的话，对engine不会感到陌生。  
public Engine getEngine() {  
    Service service = getServer().findServices()[0];  
    if (service.getContainer() != null) {  
        return service.getContainer();  
    }  
    Engine engine = new StandardEngine();  
    engine.setName( "Tomcat" );  
    engine.setDefaultHost(hostname);  
    engine.setRealm(createDefaultRealm());  
    service.setContainer(engine);  
    return engine;  
}  
//Engine是最高级别容器，Host是Engine的子容器，Context是Host的子容器，Wrapper是Context的子容器 

getWebServer这个方法创建了Tomcat对象，并且做了两件重要的事情：把Connector对象添加到tomcat中，configureEngine(tomcat.getEngine());

getWebServer方法返回的是TomcatWebServer。 

//TomcatWebServer.java  
//这里调用构造函数实例化TomcatWebServer  
public TomcatWebServer(Tomcat tomcat, boolean autoStart) {  
 Assert.notNull(tomcat, "Tomcat Server must not be null");  
 this.tomcat = tomcat;  
 this.autoStart = autoStart;  
 initialize();  
}  
private void initialize() throws WebServerException {  
    //在控制台会看到这句日志  
 logger.info("Tomcat initialized with port(s): " + getPortsDescription(false));  
 synchronized (this.monitor) {  
  try {  
   addInstanceIdToEngineName();  
   Context context = findContext();  
   context.addLifecycleListener((event) -> {  
    if (context.equals(event.getSource()) && Lifecycle.START_EVENT.equals(event.getType())) {  
     removeServiceConnectors();  
    }  
   });  
   //===启动tomcat服务===  
   this.tomcat.start();  
   rethrowDeferredStartupExceptions();  
   try {  
    ContextBindings.bindClassLoader(context, context.getNamingToken(), getClass().getClassLoader());  
   }  
   catch (NamingException ex) {              
    }            
            //开启阻塞非守护进程  
   startDaemonAwaitThread(); 
  }  
  catch (Exception ex) {  
   stopSilently();  
   destroySilently();  
   throw new WebServerException("Unable to start embedded Tomcat", ex);  
  }  
 }  
}  

//Tomcat.java  
public void start() throws LifecycleException {  
 getServer();  
 server.start();  
}  
//这里server.start又会回到TomcatWebServer的  
public void stop() throws LifecycleException {  
 getServer();  
 server.stop();  
}  

//TomcatWebServer.java  
//启动tomcat服务  
@Override  
public void start() throws WebServerException {  
 synchronized (this.monitor) {  
  if (this.started) {  
   return;  
  }  
  try {  
   addPreviouslyRemovedConnectors();  
   Connector connector = this.tomcat.getConnector();  
   if (connector != null && this.autoStart) {  
    performDeferredLoadOnStartup();  
   }  
   checkThatConnectorsHaveStarted();  
   this.started = true;  
   //在控制台打印这句日志，如果在yml设置了上下文，这里会打印  
   logger.info("Tomcat started on port(s): " + getPortsDescription(true) + " with context path '"  
     + getContextPath() + "'");  
  }  
  catch (ConnectorStartFailedException ex) {  
   stopSilently();  
   throw ex;  
  }  
  catch (Exception ex) {  
   throw new WebServerException("Unable to start embedded Tomcat server", ex); 
  }  
  finally {  
   Context context = findContext();  
   ContextBindings.unbindClassLoader(context, context.getNamingToken(), getClass().getClassLoader());  
  }  
 }  
}  
//关闭tomcat服务  
@Override  
public void stop() throws WebServerException {  
 synchronized (this.monitor) {  
  boolean wasStarted = this.started;  
  try {  
   this.started = false;  
   try {  
    stopTomcat();  
    this.tomcat.destroy();  
   }  
   catch (LifecycleException ex) {   
    }  
  }  
  catch (Exception ex) {  
   throw new WebServerException("Unable to stop embedded Tomcat", ex);  
  }  
  finally {  
   if (wasStarted) {  
    containerCounter.decrementAndGet();  
   }  
  }  
 }  
} 

附：tomcat顶层结构图

tomcat最顶层容器是Server，代表着整个服务器，一个Server包含多个Service。从上图可以看除Service主要包括多个Connector和一个Container。Connector用来处理连接相关的事情，并提供Socket到Request和Response相关转化。

Container用于封装和管理Servlet，以及处理具体的Request请求。那么上文提到的Engine>Host>Context>Wrapper容器又是怎么回事呢？我们来看下图：

综上所述，一个tomcat只包含一个Server，一个Server可以包含多个Service，一个Service只有一个Container，但有多个Connector，这样一个服务可以处理多个连接。

多个Connector和一个Container就形成了一个Service，有了Service就可以对外提供服务了，但是Service要提供服务又必须提供一个宿主环境，那就非Server莫属了，所以整个tomcat的声明周期都由Server控制。

总结

SpringBoot的启动主要是通过实例化SpringApplication来启动的，启动过程主要做了以下几件事情：配置属性、获取监听器，发布应用开始启动事件初、始化输入参数、配置环境，输出banner、创建上下文、预处理上下文、刷新上下文、再刷新上下文、发布应用已经启动事件、发布应用启动完成事件。

在SpringBoot中启动tomcat的工作在刷新上下这一步。而tomcat的启动主要是实例化两个组件：Connector、Container，一个tomcat实例就是一个Server，一个Server包含多个Service，也就是多个应用程序，每个Service包含多个Connector和一个Container，而一个Container下又包含多个子容器。