在高版本的Tomcat中，默認的模式都是使用NIO模式，在Tomcat 9中，BIO模式的實現Http11Protocol甚至都已經被刪除了。但是了解BIO的工作機制以及其優缺點對學習其他模式有有幫助。只有對比后，你才能知道其他模式的優勢在哪里。
Http11Protocol表示阻塞式的HTTP協議的通信，它包含從套接字連接接收、處理、響應客戶端的整個過程。它主要包含JIoEndpoint組件和Http11Processor組件。啟動時，JIoEndpoint組件將啟動某個端口的監聽，一個請求到來后將被扔進線程池，線程池進行任務處理，處理過程中將通過協議解析器Http11Processor組件對HTTP協議解析，并且通過適配器Adapter匹配到指定的容器進行處理以及響應客戶端。
這里我們結合Spring Boot中內嵌的Tomcat來看看連接器的工作原理。建議使用低版本的Spring Boot，高版本的Spring Boot中，都已經使用Tomcat 9了。Tomcat 9已經刪除了BIO的實現模式。這邊我選擇的Spring Boot版本是2.0.0.RELEASE。
要怎么看Connector組件的源代碼
我們現在要開始通過Connector組件的源代碼來分析連接器組件的工作過程。但是Tomcat的源代碼這么多，我們到底要怎么看這個代碼呢？之前的文章中總結了Tomcat的啟動流程，如下圖所示：
上面的時序圖給我們分析Connector組件的源代碼提供了思路：從連接器組件的init方法和start方法開始分析。
Connector組件工作時序圖
Spring Boot中內嵌 的Tomcat默認使用的都是NIO模式，想要研究BIO模式還要自己折騰一番。Spring Boot中提供了WebServerFactoryCustomizer接口，我們可以實現這個接口來對Servlet容器工廠進行自定義配置。下面是我自己實現的一個配置類，只是簡單地將IO模型設置成了BIO模式，假如你還需要進行其他配置也可以在里面進行額外配置。
@Configuration
public class TomcatConfig {
@Bean
public WebServerFactoryCustomizer tomcatCustomer() {
return new TomcatCustomerConfig();
}
public class TomcatCustomerConfig implements WebServerFactoryCustomizer<TomcatServletWebServerFactory> {
@Override
public void customize(TomcatServletWebServerFactory factory) {
if (factory != null) {
factory.setProtocol("org.apache.coyote.http11.Http11Protocol");
}
}
}
}
經過上面的配置后，Tomcat的連接器組件就會以BIO的模式處理請求。
由于Tomcat整理的代碼非常多，想要在一篇文章中分析所有的代碼是不太現實的。這邊，我梳理了連接器組件工作的時序圖，根據這個時序圖，我分析了幾個關鍵的代碼點，其他細節大家可以根據我的時序圖自己看代碼，這塊代碼也不是很復雜。
這邊的重點代碼是在JIoEndpoint的init()方法和start()方法。JIoEndpoint的init()方法主要是做了ServerSocket的端口綁定。具體代碼如下：
@Override
public void bind() throws Exception {
// Initialize thread count defaults for acceptor
if (acceptorThreadCount == 0) {
acceptorThreadCount = 1;
}
// Initialize maxConnections
if (getMaxConnections() == 0) {
// User hasn't set a value - use the default
setMaxConnections(getMaxThreadsWithExecutor());
}
if (serverSocketFactory == null) {
if (isSSLEnabled()) {
serverSocketFactory =
handler.getSslImplementation().getServerSocketFactory(this);
} else {
serverSocketFactory = new DefaultServerSocketFactory(this);
}
}
//這邊做了ServerSocket的端口綁定
if (serverSocket == null) {
try {
if (getAddress() == null) {
//沒指定具體地址，Tomcat會監聽所有地址過來的請求
serverSocket = serverSocketFactory.createSocket(getPort(),
getBacklog());
} else {
//指定了具體地址，Tomcat只監聽這個地址過來的請求
serverSocket = serverSocketFactory.createSocket(getPort(),
getBacklog(), getAddress());
}
} catch (BindException orig) {
String msg;
if (getAddress() == null)
msg = orig.getMessage() + " <null>:" + getPort();
else
msg = orig.getMessage() + " " +
getAddress().toString() + ":" + getPort();
BindException be = new BindException(msg);
be.initCause(orig);
throw be;
}
}
}
再來看JIoEndpoint的start方法。
public void startInternal() throws Exception {
if (!running) {
running = true;
paused = false;
//創建線程池
if (getExecutor() == null) {
createExecutor();
}
//創建ConnectionLatch
initializeConnectionLatch();
//創建accept線程，這個線程是請求處理的初始線程
startAcceptorThreads();
// Start async timeout thread
Thread timeoutThread = new Thread(new AsyncTimeout(),
getName() + "-AsyncTimeout");
timeoutThread.setPriority(threadPriority);
timeoutThread.setDaemon(true);
timeoutThread.start();
}
}
上面的代碼中，需要我們重點關注的就是startAcceptorThreads()方法。我們看下這個Accept線程的具體實現。
protected final void startAcceptorThreads() {
int count = getAcceptorThreadCount();
acceptors = new Acceptor[count];
//根據配置，設置一定數量的accept線程
for (int i = 0; i < count; i++) {
acceptors[i] = createAcceptor();
String threadName = getName() + "-Acceptor-" + i;
acceptors[i].setThreadName(threadName);
Thread t = new Thread(acceptors[i], threadName);
t.setPriority(getAcceptorThreadPriority());
t.setDaemon(getDaemon());
t.start();
}
}
Acceptor線程的具體處理實現，重點看run方法。
protected class Acceptor extends AbstractEndpoint.Acceptor {
@Override
public void run() {
int errorDelay = 0;
// Loop until we receive a shutdown command
while (running) {
// Loop if endpoint is paused
while (paused && running) {
state = AcceptorState.PAUSED;
try {
Thread.sleep(50);
} catch (InterruptedException e) {
// Ignore
}
}
if (!running) {
break;
}
state = AcceptorState.RUNNING;
try {
//if we have reached max connections, wait
//達到連接上限，acceptor線程進入等待狀態，直到其他線程釋放,這是一種簡單的通過連接數量進行流量控制的手段
//通過實現AQS組件實現（LimitLatch），思路是先初始化同步器的最大限制值，然后每接收一個套接字就將計數變量累加1，每關閉一個套接字將計數變量減1
countUpOrAwaitConnection();
Socket socket = null;
try {
//accept下個socket連接，如果一直沒有連接過來這個方法阻塞
socket = serverSocketFactory.acceptSocket(serverSocket);
} catch (IOException ioe) {
//有異常的話釋放一個連接數
countDownConnection();
errorDelay = handleExceptionWithDelay(errorDelay);
throw ioe;
}
// Successful accept, reset the error delay
errorDelay = 0;
//對socket進行適當配置
if (running && !paused && setSocketOptions(socket)) {
// 處理這個socket請求，這邊也是重點。
if (!processSocket(socket)) {
countDownConnection();
// Close socket right away
closeSocket(socket);
}
} else {
countDownConnection();
// Close socket right away
closeSocket(socket);
}
} catch (IOException x) {
if (running) {
log.error(sm.getString("endpoint.accept.fail"), x);
}
} catch (NullPointerException npe) {
if (running) {
log.error(sm.getString("endpoint.accept.fail"), npe);
}
} catch (Throwable t) {
ExceptionUtils.handleThrowable(t);
log.error(sm.getString("endpoint.accept.fail"), t);
}
}
state = AcceptorState.ENDED;
}
}
上面線程處理類中的processSocket(socket)是處理具體請求的方法，這個方法將請求進行了包裝然后“扔進”了線程池進行處理。但是這個不是連接器組件的重點，后面會在介紹請求流轉時介紹Tomcat怎么處理請求的。
到這邊，對Tomcat的BIO模式做了個簡單的介紹。其實大家可以看出來，如果對BIO模式進行簡化的話就是對傳統的ServerSocket的操作，還有就是對請求的處理加上了線程池優化。
BIO模式總結
關于上圖中的各個組件做下簡要說明。
限流組件LimitLatch
LimitLatch組件是一個流量控制組件，目的是為了不讓Tomcat組件被大流量沖垮。LimitLatch通過AQS機制實現，這個組件啟動時先初始化同步器的最大限制值，然后每接收一個套接字就將計數變量累加1，每關閉一個套接字將計數變量減1。當連接數達到最大值時，Acceptor線程就進入等待狀態，不再accept新的socket連接。
需要額外說明的是，當到達最大連接數時（已經LimitLatch組件最大值，acceptor組件阻塞了），操作系統底層還是會繼續接收客戶端連接，并將請求放入一個隊列中（backlog隊列）。這個隊列是有一個默認長度的，默認值是100。當然，這個值可以通過server.xml的Connector節點的acceptCount屬性配置。假如在短時間內，有大量請求過來，連backlog隊列都放滿了，那么操作系統將拒絕接收后續的連接，返回“connection refused”。
在BIO模式中，LimitLatch組件支持的最大連接數是通過server.xml的Connector節點的maxConnections屬性設置的，如果設置成-1，則表示不限制。
接收器組件Acceptor
這個組件的職責非常簡單，就是接收Socket連接，對Socket做相應的設置，然后直接丟給線程池處理。accept線程的數量也可以進行配置。
套接字工廠ServerSocketFactory
Acceptor線程在具體accept socket連接時是通過ServerSocketFactory組件獲取的。Tomcat中有兩個ServerSocketFactory的實現：DefaultServerSocketFactory和JSSESocketFactory。分別對應HTTP和HTTPS的情況。
Tomcat中存在一個變量SSLEnabled用于標識是否使用加密通道，通過對此變量的定義就可以決定使用哪個工廠類，Tomcat提供了外部配置文件供用戶自定義。下面的配置中SSLEnabled="true"表示使用加密方式，也就是使用JSSESocketFactory來accept具體的socket連接。
<Connector port="8443" protocol="org.apache.coyote.http11.Http11NioProtocol"
maxThreads="150" SSLEnabled="true">
<SSLHostConfig>
<Certificate certificateKeystoreFile="conf/localhost-rsa.jks"
type="RSA" />
</SSLHostConfig>
</Connector>
線程池組件
Tomcat中的線程池是對JDK中線程池的簡單改裝。在線程創建策略上有點區別：Tomcat中的線程池在線程數大于coreSize后不會立馬將線程提交到隊列中，而是先判斷活動線程數是否已經達到maxSize，只有達到maxSize后才會將線程提交到隊列中。
Connector組件的Executor分為兩種類型：共享Executor和私有Executor。共享Executor的話是指在Service組件中定義的Executor。
任務定義器SocketProcessor
在將Socket扔進線程池之前我們需要定義任務怎么處理這個Socket。SocketProcessor就是這個任務定義，這個類實現了Runnable接口。
protected class SocketProcessor implements Runnable {
//進行Debug調試的時候可以從這個類的run方法開始調試
@Override
public void run() {
//對套接字進行處理并輸出響應
//對連接限流器LimitLatch減一
//關閉套接字
}
}
SocketProcessor的任務主要分為三個：處理套接字并響應客戶端，連接數計數器減1，關閉套接字。其中對套接字的處理是最重要也是最復雜的，它包括對底層套接字字節流的讀取， HTTP協議請求報文的解析（請求行、請求頭部、請求體等信息的解析），根據請求行解析得到的路徑去尋找相應虛擬主機上的Web項目資源，根據處理的結果組裝好HTTP協議響應報文輸出到客戶端。
這邊暫時先不分析對套接字的具體處理流程，因為這邊文章主要還是將連接器的線程模型，涉及的東西太多容易搞混，關于Tomcat對socket的具體處理后面會寫文章分析。
總結
到此這篇關于從連接器組件看Tomcat的線程模型——BIO模式的文章就介紹到這了,更多相關Tomcat線程模型內容請搜索腳本之家以前的文章或繼續瀏覽下面的相關文章希望大家以后多多支持腳本之家！
