揭开tomcat神秘的面纱之bootstrap初始化

在上文揭开tomcat神秘的面纱之启动脚本中,本菜鸟分析到,最终执行会执行以下命令

/Library/Java/JavaVirtualMachines/jdk1.8.0_131.jdk/Contents/Home/bin/java 
-Djava.util.logging.config.file=/Users/jetty/Documents/software/apache-tomcat-7.0.76/conf/logging.properties 
-Djava.util.logging.manager=org.apache.juli.ClassLoaderLogManager 
-Djdk.tls.ephemeralDHKeySize=2048 
-Djava.endorsed.dirs=/Users/jetty/Documents/software/apache-tomcat-7.0.76/endorsed 
-classpath /Users/jetty/Documents/software/apache-tomcat7.0.76/bin/bootstrap.jar:/Users/jetty/Documents/software/apache-tomcat-7.0.76/bin/tomcat-juli.jar 
-Dcatalina.base=/Users/jetty/Documents/software/apache-tomcat-7.0.76 
-Dcatalina.home=/Users/jetty/Documents/software/apache-tomcat-7.0.76 
-Djava.io.tmpdir=/Users/jetty/Documents/software/apache-tomcat-7.0.76/temp
org.apache.catalina.startup.Bootstrap start

简单来说就是

java org.apache.catalina.startup.Bootstrap start

这个bootstrap类从何而来?

不由得想到上文提到的启动参数

-classpath /Users/jetty/Documents/software/apache-tomcat7.0.76/bin/bootstrap.jar:/Users/jetty/Documents/software/apache-tomcat-7.0.76/bin/tomcat-juli.jar 

可以看到,在jvm参数中指定了classPath参数,其中提到了bootstrap.jartomcat-juli.jar
关于classPath该参数,本菜鸟开发过程中也一直没有用到过,不得不百度了一下,才了解到是在启动过程中引用到jar的意思。
该jar位于bin目录下,如图:

tomcat/bin路径

本菜鸟从github上将代码拉了下来,来看看到底tomcat内部是什么样子的,在看代码之前,将《深入剖析tomcat》此书看过了,大学的时候,就已经读过该书,不得不说,毕业后懒惰了,毕业快三年了才想起来重新拿起来读一遍。

public final class Bootstrap {
    private static final Object daemonLock = new Object(); //初始化并发锁
    private static volatile Bootstrap daemon = null; //单例
    private static final File catalinaBaseFile;   //jvm启动参数catalina.base
    private static final File catalinaHomeFile;//jvm启动参数catalina.home
    private static final Pattern PATH_PATTERN = Pattern.compile("(\".*?\")|(([^,])*)");
    private Object catalinaDaemon = null;
    ClassLoader commonLoader = null;//公共类加载器,catalinaLoader,sharedLoader两者共同引用的
    ClassLoader catalinaLoader = null;//tomcat的jvm类加载器
    ClassLoader sharedLoader = null;//共享类加载器
}

在启动过程中,会首先调用静态方法,将参数catalina.basecatalina.home存放在System的Properties中。
在bootstrap的main方法中,首先会将Bootstrap初始化(init),然后加载(load),最后启动(start)。

public static void main(String args[]) {
    synchronized (daemonLock) {//加锁,初始化一次daemon
        if (daemon == null) { 
            Bootstrap bootstrap = new Bootstrap();
            try {
                bootstrap.init();//初始化
            } catch (Throwable t) {
                handleThrowable(t);
                t.printStackTrace();
                return;
            }
            daemon = bootstrap;
        } else {
            Thread.currentThread().setContextClassLoader(daemon.catalinaLoader);
        }
    }
    String command = "start"; 
    if (args.length > 0) {
        /取第一个启动jvm参数为指令,java org.apache.catalina.startup.Bootstrap start 时,取得为start
        command = args[args.length - 1];
    }

    if (command.equals("startd")) { //如果为startd,当做start处理
        args[args.length - 1] = "start";
        daemon.load(args); //加载
        daemon.start(); //启动
    } else if (command.equals("stopd")) {//stopd当做stop处理
        args[args.length - 1] = "stop";
        daemon.stop();
    } else if (command.equals("start")) {
        daemon.setAwait(true); 
        daemon.load(args); //加载
        daemon.start();//启动
        if (null == daemon.getServer()) {
            System.exit(1);
        }
    } else if (command.equals("stop")) {
        daemon.stopServer(args);
    }
}

而在初始化过程中,初始化了三个类加载器和catalina对象。

 public void init() throws Exception {
        initClassLoaders();//初始化三个类加载器
        Thread.currentThread().setContextClassLoader(catalinaLoader);//将当前线程类加载器设置为catalina类加载器
        SecurityClassLoad.securityClassLoad(catalinaLoader);
        Class<?> startupClass = catalinaLoader.loadClass("org.apache.catalina.startup.Catalina");//初始化Catalina对象,
        Object startupInstance = startupClass.getConstructor().newInstance();
        // Set the shared extensions class loader
        if (log.isDebugEnabled())
            log.debug("Setting startup class properties");
        String methodName = "setParentClassLoader";
        Class<?> paramTypes[] = new Class[1];
        paramTypes[0] = Class.forName("java.lang.ClassLoader");
        Object paramValues[] = new Object[1];
        paramValues[0] = sharedLoader;
        Method method =
            startupInstance.getClass().getMethod(methodName, paramTypes);
        method.invoke(startupInstance, paramValues); //利用反射,设置类加载器为sharedLoader
        catalinaDaemon = startupInstance;将Catalina对象关联在bootstrap
    }

    private void initClassLoaders() {
       commonLoader = createClassLoader("common", null);
       catalinaLoader = createClassLoader("server", commonLoader);
       sharedLoader = createClassLoader("shared", commonLoader);
    }
 private ClassLoader createClassLoader(String name, ClassLoader parent)
    throws Exception {
    String value = CatalinaProperties.getProperty(name + ".loader");
    //获取指定类加载器的加载jar包路径  common.loader路径为${catalina.base}/lib,${catalina.base}/lib/*.jar,${catalina.home}/lib,${catalina.home}/lib/*.jar
    if ((value == null) || (value.equals("")))
        return parent;
    value = replace(value);

    List<Repository> repositories = new ArrayList<>();
    String[] repositoryPaths = getPaths(value);//获取所有依赖路径,根据URL,GLOB,JAR,DIR依赖路径创建类加载器
    for (String repository : repositoryPaths) {
        try {
            URL url = new URL(repository);
            repositories.add(new Repository(repository, RepositoryType.URL)); 
            continue;
        } catch (MalformedURLException e) {
        }
        if (repository.endsWith("*.jar")) {
            repository = repository.substring
                (0, repository.length() - "*.jar".length());
            repositories.add(new Repository(repository, RepositoryType.GLOB));
        } else if (repository.endsWith(".jar")) {
            repositories.add(new Repository(repository, RepositoryType.JAR));
        } else {
            repositories.add(new Repository(repository, RepositoryType.DIR));
        }
    }
    return ClassLoaderFactory.createClassLoader(repositories, parent);
}

当第一次传入common,创建common.loader的时候会发生什么?
本菜鸟看到,会从CatalinaProperties中获取common.loader的配置路径,而初始化CatalinaProperties程中会去加载tomcat路径/conf/catalina.properties配置,也就是说CatalinaProperties读取的路径先读catalina.properties服务器配置文件,如果没有,读bootstrap.jar包中的catalina.properties文件

public class CatalinaProperties {

    private static final Log log = LogFactory.getLog(CatalinaProperties.class);

    private static Properties properties = null;
    static {
        loadProperties();
    }
    public static String getProperty(String name) {
        return properties.getProperty(name);
    }
    private static void loadProperties() {
        InputStream is = null;
        String fileName = "catalina.properties";
        String configUrl = System.getProperty("catalina.config");//这里返回为null
        if (configUrl != null) {
            if (configUrl.indexOf('/') == -1) {
                fileName = configUrl;
            } else {
                is = (new URL(configUrl)).openStream();
            }
        }
        if (is == null) { 
            File home = new File(Bootstrap.getCatalinaBase());
            File conf = new File(home, "conf");
            File propsFile = new File(conf, fileName);//\/conf/catalina.properties文件读取
            is = new FileInputStream(propsFile);
        }
        if (is == null) {/还没有就从bootstrap.jar包中读取
            is = CatalinaProperties.class.getResourceAsStream
                ("/org/apache/catalina/startup/catalina.properties");/
  
        if (is != null) {
            properties = new Properties();
            properties.load(is);//加载properties
          
        }
        if ((is == null)) {
            properties = new Properties();
        }
        Enumeration<?> enumeration = properties.propertyNames();
        while (enumeration.hasMoreElements()) {
            String name = (String) enumeration.nextElement();
            String value = properties.getProperty(name);
            if (value != null) {
                System.setProperty(name, value);//存放在System.Properties中
            }
        }
    }
}

catalina.properties文件中都有哪些配置?具体如下:


package.access=sun.,org.apache.catalina.,org.apache.coyote.,org.apache.jasper.,\
org.apache.naming.resources.,org.apache.tomcat.

package.definition=sun.,java.,org.apache.catalina.,org.apache.coyote.,\
org.apache.jasper.,org.apache.naming.,org.apache.tomcat.

common.loader=${catalina.base}/lib,${catalina.base}/lib/*.jar,${catalina.home}/lib,${catalina.home}/lib/*.jar
server.loader=
shared.loader=
tomcat.util.scan.DefaultJarScanner.jarsToSkip=\
bootstrap.jar,commons-daemon.jar,tomcat-juli.jar,\
annotations-api.jar,el-api.jar,jsp-api.jar,servlet-api.jar,websocket-api.jar,\
catalina.jar,catalina-ant.jar,catalina-ha.jar,catalina-tribes.jar,\
jasper.jar,jasper-el.jar,ecj-*.jar,\
tomcat-api.jar,tomcat-util.jar,tomcat-coyote.jar,tomcat-dbcp.jar,\
tomcat-jni.jar,tomcat-spdy.jar,\
tomcat-i18n-en.jar,tomcat-i18n-es.jar,tomcat-i18n-fr.jar,tomcat-i18n-ja.jar,\
tomcat-juli-adapters.jar,catalina-jmx-remote.jar,catalina-ws.jar,\
tomcat-jdbc.jar,\
tools.jar,\
commons-beanutils*.jar,commons-codec*.jar,commons-collections*.jar,\
commons-dbcp*.jar,commons-digester*.jar,commons-fileupload*.jar,\
commons-httpclient*.jar,commons-io*.jar,commons-lang*.jar,commons-logging*.jar,\
commons-math*.jar,commons-pool*.jar,\
jstl.jar,taglibs-standard-spec-*.jar,\
geronimo-spec-jaxrpc*.jar,wsdl4j*.jar,\
ant.jar,ant-junit*.jar,aspectj*.jar,jmx.jar,h2*.jar,hibernate*.jar,httpclient*.jar,\
jmx-tools.jar,jta*.jar,log4j.jar,log4j-1*.jar,mail*.jar,slf4j*.jar,\
xercesImpl.jar,xmlParserAPIs.jar,xml-apis.jar,\
junit.jar,junit-*.jar,hamcrest*.jar,org.hamcrest*.jar,ant-launcher.jar,\
cobertura-*.jar,asm-*.jar,dom4j-*.jar,icu4j-*.jar,jaxen-*.jar,jdom-*.jar,\
jetty-*.jar,oro-*.jar,servlet-api-*.jar,tagsoup-*.jar,xmlParserAPIs-*.jar,\
xom-*.jar

org.apache.catalina.startup.ContextConfig.jarsToSkip=
org.apache.catalina.startup.TldConfig.jarsToSkip=tomcat7-websocket.jar
tomcat.util.buf.StringCache.byte.enabled=true

可以看到,三种类加载器其他配置都可以指定一些其他不同的jar。
万事俱备,只欠东风,所有jar包都找到了,最后一步创建类加载器。


public final class ClassLoaderFactory {


    private static final Log log = LogFactory.getLog(ClassLoaderFactory.class);

    public static ClassLoader createClassLoader(List<Repository> repositories,
                                                final ClassLoader parent)
        throws Exception {
        Set<URL> set = new LinkedHashSet<>();
        //将所有依赖转换为url
        if (repositories != null) {
            for (Repository repository : repositories)  {
                if (repository.getType() == RepositoryType.URL) {
                    URL url = buildClassLoaderUrl(repository.getLocation());
                    set.add(url);
                } else if (repository.getType() == RepositoryType.DIR) {
                    File directory = new File(repository.getLocation());
                    directory = directory.getCanonicalFile();
                    if (!validateFile(directory, RepositoryType.DIR)) {
                        continue;
                    }
                    URL url = buildClassLoaderUrl(directory);
                    set.add(url);
                } else if (repository.getType() == RepositoryType.JAR) {
                    File file=new File(repository.getLocation());
                    file = file.getCanonicalFile();
                    if (!validateFile(file, RepositoryType.JAR)) {
                        continue;
                    }
                    URL url = buildClassLoaderUrl(file);
                    set.add(url);
                } else if (repository.getType() == RepositoryType.GLOB) {
                    File directory=new File(repository.getLocation());
                    directory = directory.getCanonicalFile();
                    if (!validateFile(directory, RepositoryType.GLOB)) {
                        continue;
                    }
                    String filenames[] = directory.list();
                    if (filenames == null) {
                        continue;
                    }
                    for (int j = 0; j < filenames.length; j++) {
                        String filename = filenames[j].toLowerCase(Locale.ENGLISH);
                        if (!filename.endsWith(".jar"))
                            continue;
                        File file = new File(directory, filenames[j]);
                        file = file.getCanonicalFile();
                        if (!validateFile(file, RepositoryType.JAR)) {
                            continue;
                        }
                        URL url = buildClassLoaderUrl(file);
                        set.add(url);
                    }
                }
            }
        }
        final URL[] array = set.toArray(new URL[set.size()]);
        //创建类加载器为url类加载器
        return AccessController.doPrivileged(
                new PrivilegedAction<URLClassLoader>() {
                    @Override
                    public URLClassLoader run() {
                        if (parent == null)
                            return new URLClassLoader(array);
                        else
                            return new URLClassLoader(array, parent);
                    }
                });
    }
}
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