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SpringBoot 中启动 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。

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

1// Create, load, refresh and run the ApplicationContext
2context = createApplicationContext();
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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。

 1protected ConfigurableApplicationContext createApplicationContext() {
 2   Class<?> contextClass = this.applicationContextClass;
 3   if (contextClass == null) {
 4      try {
 5         contextClass = Class.forName(this.webEnvironment
 6               ? DEFAULT_WEB_CONTEXT_CLASS : DEFAULT_CONTEXT_CLASS);
 7      }
 8      catch (ClassNotFoundException ex) {
 9         throw new IllegalStateException(
10               "Unable create a default ApplicationContext, "
11                     + "please specify an ApplicationContextClass",
12               ex);
13      }
14   }
15   return (ConfigurableApplicationContext) BeanUtils.instantiate(contextClass);
16}
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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：

1AnnotationConfigEmbeddedWebApplicationContext
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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。

 1@Override
 2protected void onRefresh() {
 3   super.onRefresh();
 4   try {
 5      createEmbeddedServletContainer();
 6   }
 7   catch (Throwable ex) {
 8      throw new ApplicationContextException("Unable to start embedded container",
 9            ex);
10   }
11}
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我们重点看第5行。

 1private void createEmbeddedServletContainer() {
 2   EmbeddedServletContainer localContainer = this.embeddedServletContainer;
 3   ServletContext localServletContext = getServletContext();
 4   if (localContainer == null && localServletContext == null) {
 5      EmbeddedServletContainerFactory containerFactory = getEmbeddedServletContainerFactory();
 6      this.embeddedServletContainer = containerFactory
 7            .getEmbeddedServletContainer(getSelfInitializer());
 8   }
 9   else if (localServletContext != null) {
10      try {
11         getSelfInitializer().onStartup(localServletContext);
12      }
13      catch (ServletException ex) {
14         throw new ApplicationContextException("Cannot initialize servlet context",
15               ex);
16      }
17   }
18   initPropertySources();
19}
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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。

 1public interface EmbeddedServletContainerFactory {
 2
 3   /**
 4    * 创建一个配置完全的但是目前还处于“pause”状态的实例.
 5    * 只有其 start 方法被调用后，Client 才能与其建立连接。
 6    */
 7   EmbeddedServletContainer getEmbeddedServletContainer(
 8         ServletContextInitializer... initializers);
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10}
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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：

 1@Override
 2public EmbeddedServletContainer getEmbeddedServletContainer(
 3      ServletContextInitializer... initializers) {
 4   Tomcat tomcat = new Tomcat();
 5   File baseDir = (this.baseDirectory != null ? this.baseDirectory
 6         : createTempDir("tomcat"));
 7   tomcat.setBaseDir(baseDir.getAbsolutePath());
 8   Connector connector = new Connector(this.protocol);
 9   tomcat.getService().addConnector(connector);
10   customizeConnector(connector);
11   tomcat.setConnector(connector);
12   tomcat.getHost().setAutoDeploy(false);
13   tomcat.getEngine().setBackgroundProcessorDelay(-1);
14   for (Connector additionalConnector : this.additionalTomcatConnectors) {
15      tomcat.getService().addConnector(additionalConnector);
16   }
17   prepareContext(tomcat.getHost(), initializers);
18   return getTomcatEmbeddedServletContainer(tomcat);
19}
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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：

 1if (isRegisterDefaultServlet()) {
 2   addDefaultServlet(context);
 3}
 4if (isRegisterJspServlet() && ClassUtils.isPresent(getJspServletClassName(),
 5      getClass().getClassLoader())) {
 6   addJspServlet(context);
 7   addJasperInitializer(context);
 8   context.addLifecycleListener(new StoreMergedWebXmlListener());
 9}
10ServletContextInitializer[] initializersToUse = mergeInitializers(initializers);
11configureContext(context, initializersToUse);
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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。

 1private synchronized void initialize() throws EmbeddedServletContainerException {
 2   TomcatEmbeddedServletContainer.logger
 3         .info("Tomcat initialized with port(s): " + getPortsDescription(false));
 4   try {
 5      addInstanceIdToEngineName();
 6
 7      // Remove service connectors to that protocol binding doesn't happen yet
 8      removeServiceConnectors();
 9
10      // Start the server to trigger initialization listeners
11      this.tomcat.start();
12
13      // We can re-throw failure exception directly in the main thread
14      rethrowDeferredStartupExceptions();
15
16      // Unlike Jetty, all Tomcat threads are daemon threads. We create a
17      // blocking non-daemon to stop immediate shutdown
18      startDaemonAwaitThread();
19   }
20   catch (Exception ex) {
21      throw new EmbeddedServletContainerException("Unable to start embedded Tomcat",
22            ex);
23   }
24}
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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：

1private ServletContextInitializer getSelfInitializer() {
2   return new ServletContextInitializer() {
3      @Override
4      public void onStartup(ServletContext servletContext) throws ServletException {
5         selfInitialize(servletContext);
6      }
7   };
8}
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 1private void selfInitialize(ServletContext servletContext) throws ServletException {
 2   prepareEmbeddedWebApplicationContext(servletContext);
 3   ConfigurableListableBeanFactory beanFactory = getBeanFactory();
 4   ExistingWebApplicationScopes existingScopes = new ExistingWebApplicationScopes(
 5         beanFactory);
 6   WebApplicationContextUtils.registerWebApplicationScopes(beanFactory,
 7         getServletContext());
 8   existingScopes.restore();
 9   WebApplicationContextUtils.registerEnvironmentBeans(beanFactory,
10         getServletContext());
11   for (ServletContextInitializer beans : getServletContextInitializerBeans()) {
12      beans.onStartup(servletContext);
13   }
14}
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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：

 1@Override
 2public void onStartup(ServletContext servletContext) throws ServletException {
 3   Assert.notNull(this.servlet, "Servlet must not be null");
 4   String name = getServletName();
 5   if (!isEnabled()) {
 6      logger.info("Servlet " + name + " was not registered (disabled)");
 7      return;
 8   }
 9   logger.info("Mapping servlet: '" + name + "' to " + this.urlMappings);
10   Dynamic added = servletContext.addServlet(name, this.servlet);
11   if (added == null) {
12      logger.info("Servlet " + name + " was not registered "
13            + "(possibly already registered?)");
14      return;
15   }
16   configure(added);
17}
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可以看第9行的打印： 正是在这里实现了 servlet 到 URLMapping的映射。