ApacheTomcat如何高并发处理请求-
时间：2022-03-31 作者：chenzw93
介绍
作为常用的http协议服务器，tomcat应用非常广泛。tomcat也是遵循Servelt协议的，Servelt协议可以让服务器与真实服务逻辑代码进行解耦。各自只需要关注Servlet协议即可。
对于tomcat是如何作为一个高性能的服务器的呢？你是不是也会有这样的疑问？
tomcat是如何接收网络请求？
如何做到高性能的http协议服务器？
tomcat从8.0往后开始使用了NIO非阻塞io模型，提高了吞吐量，本文的源码是tomcat 域名版本
接收Socket请求
域名域名.Acceptor实现了Runnable接口，在一个单独的线程中以死循环的方式一直进行socket的监听
线程的初始化及启动是在方法域名域名.AbstractEndpoint#startAcceptorThread
有个很重要的属性域名域名.AbstractEndpoint；同时实现了run方法，方法中主要有以下功能：
- 请求最大连接数限制： 最大为 8*1024；请你注意到达最大连接数后操作系统底层还是会接收客户端连接，但用户层已经不再接收
- 获取
socketChannel
public void run() {
int errorDelay = 0;
try {
// Loop until we receive a shutdown command
while (!stopCalled) {
...
if (stopCalled) {
break;
}
state = 域名ING;
try {
//if we have reached max connections, wait
// 如果连接超过了 8*1024，则线程阻塞等待; 是使用域名域名域名tLatch类实现了分享锁(内部实现了AbstractQueuedSynchronizer)
// 请你注意到达最大连接数后操作系统底层还是会接收客户端连接，但用户层已经不再接收。
域名tUpOrAwaitConnection();
// Endpoint might have been paused while waiting for latch
// If that is the case, don\'t accept new connections
if (域名used()) {
continue;
}
U socket = null;
try {
// Accept the next incoming connection from the server
// socket
// 抽象方法，不同的endPoint有不同的实现方法。NioEndPoint为例，实现方法为域名pt()，这个方法主要看serverSock实例化时如果为阻塞，accept方法为阻塞；反之为立即返回，如果没有socket链接，则为null
socket = 域名erSocketAccept();
} catch (Exception ioe) {
// We didn\'t get a socket
域名tDownConnection();
if (域名nning()) {
// Introduce delay if necessary
errorDelay = handleExceptionWithDelay(errorDelay);
// re-throw
throw ioe;
} else {
break;
}
}
// Successful accept, reset the error delay
errorDelay = 0;
// Configure the socket
if (!stopCalled && !域名used()) {
// setSocketOptions() will hand the socket off to
// an appropriate processor if successful
// endPoint类的抽象方法，不同的endPoint有不同的实现。处理获取到的socketChannel链接，如果该socket链接能正常处理，那么该方法会返回true，否则为false
if (!域名ocketOptions(socket)) {
域名eSocket(socket);
}
} else {
域名roySocket(socket);
}
} catch (Throwable t) {
...
}
}
} finally {
域名tDown();
}
state = 域名D;
}
再来看下域名域名.NioEndpoint#setSocketOptions方法的具体实现(NioEndpoint为例)
这个方法中主要做的事：
- 创建NioChannel
- 设置socket为非阻塞
- 将socket添加到Poller的队列中
protected boolean setSocketOptions(SocketChannel socket) {
NioSocketWrapper socketWrapper = null;
try {
// Allocate channel and wrapper
// 优先使用已有的缓存nioChannel
NioChannel channel = null;
if (nioChannels != null) {
channel = 域名();
}
if (channel == null) {
SocketBufferHandler bufhandler = new SocketBufferHandler(
域名ppReadBufSize(),
域名ppWriteBufSize(),
域名irectBuffer());
if (isSSLEnabled()) {
channel = new SecureNioChannel(bufhandler, this);
} else {
channel = new NioChannel(bufhandler);
}
}
// 将nioEndpoint与NioChannel进行包装
NioSocketWrapper newWrapper = new NioSocketWrapper(channel, this);
域名t(socket, newWrapper);
域名(socket, newWrapper);
socketWrapper = newWrapper;
// Set socket properties
// Disable blocking, polling will be used
// 设置当前链接的socket为非阻塞
域名igureBlocking(false);
if (getUnixDomainSocketPath() == null) {
域名roperties(域名et());
}
域名eadTimeout(getConnectionTimeout());
域名riteTimeout(getConnectionTimeout());
域名eepAliveLeft(域名axKeepAliveRequests());
// 将包装后的nioChannel与nioEndpoint进行注册，注册到Poller，将对应的socket包装类添加到Poller的队列中，同时唤醒selector
域名ster(socketWrapper);
return true;
} catch (Throwable t) {
域名leThrowable(t);
try {
域名r(域名tring("域名etOptionsError"), t);
} catch (Throwable tt) {
域名leThrowable(tt);
}
if (socketWrapper == null) {
destroySocket(socket);
}
}
// Tell to close the socket if needed
return false;
}
Socket请求轮询
上一小节是接收到了socket请求，进行包装之后，将socket添加到了Poller的队列上，并可能唤醒了Selector，本小节就来看看，Poller是如何进行socket的轮询的。
首先域名域名.域名er也是实现了Runnable接口，是一个可以单独启动的线程
初始化及启动是在域名域名.NioEndpoint#startInternal
重要的属性：
-
域名域名ctor：在Poller对象初始化的时候，就会启动轮询器 -
SynchronizedQueue<PollerEvent>：同步的事件队列
再来看下具体处理逻辑，run方法的源码
public void run() {
// Loop until destroy() is called
while (true) {
boolean hasEvents = false;
try {
if (!close) {
// 去SynchronizedQueue事件队列中拉去，看是否已经有了事件，如果有，则返回true
// 如果从队列中拉取到了event(即上一步将NioSocketWrapper封装为PollerEvent添加到次队列中)，将socketChannel注册到Selector上，标记为域名EAD，添加处理函数attachment(为Accetpor添加到Poller时的
// NioSocketWrapper)
hasEvents = events();
if (域名ndSet(-1) > 0) {
// If we are here, means we have other stuff to do
// Do a non blocking select
keyCount = 域名ctNow();
} else {
keyCount = 域名ct(selectorTimeout);
}
域名(0);
}
if (close) {
events();
timeout(0, false);
try {
域名e();
} catch (IOException ioe) {
域名r(域名tring("域名ctorCloseFail"), ioe);
}
break;
}
// Either we timed out or we woke up, process events first
if (keyCount == 0) {
hasEvents = (hasEvents | events());
}
} catch (Throwable x) {
域名leThrowable(x);
域名r(域名tring("域名ctorLoopError"), x);
continue;
}
Iterator<SelectionKey> iterator =
keyCount > 0 ? 域名ctedKeys().iterator() : null;
// Walk through the collection of ready keys and dispatch
// any active event.
// selector轮询获取已经注册的事件，如果有事件准备好，此时通过selectKeys方法就能拿到对应的事件
while (iterator != null && 域名ext()) {
SelectionKey sk = 域名();
// 获取到事件后，从迭代器删除事件，防止事件重复轮询
域名ve();
// 获取事件的处理器，这个attachment是在event()方法中注册的，后续这个事件的处理，就交给这个wrapper去处理
NioSocketWrapper socketWrapper = (NioSocketWrapper) 域名chment();
// Attachment may be null if another thread has called
// cancelledKey()
if (socketWrapper != null) {
processKey(sk, socketWrapper);
}
}
// Process timeouts
timeout(keyCount,hasEvents);
}
getStopLatch().countDown();
}
在这里，有一个很重要的方法，域名域名.域名er#events()，他是从Poller的事件队列中获取Acceptor接收到的可用socket，并将其注册到Selector上
/**
* Processes events in the event queue of the Poller.
*
* @return <code>true</code> if some events were processed,
* <code>false</code> if queue was empty
*/
public boolean events() {
boolean result = false;
PollerEvent pe = null;
// 如果Acceptor将socket添加到队列中，那么域名()方法就能拿到对应的事件，否则拿不到就返回false
for (int i = 0, size = 域名(); i < size && (pe = 域名()) != null; i++ ) {
result = true;
NioSocketWrapper socketWrapper = 域名ocketWrapper();
SocketChannel sc = 域名ocket().getIOChannel();
int interestOps = 域名nterestOps();
if (sc == null) {
域名(域名tring("域名SocketChannel"));
域名e();
} else if (interestOps == OP_REGISTER) {
// 如果是Acceptor刚添加到队列中的事件，那么此时的ops就是OP_REGISTER
try {，
// 将次socket注册到selector上，标记为OP_READ事件，添加事件触发时处理函数socketWrapper
域名ster(getSelector(), 域名EAD, socketWrapper);
} catch (Exception x) {
域名r(域名tring("域名sterFail"), x);
}
} else {
// ？？这里的逻辑，不清楚什么情况下会进入到这个分支里面
final SelectionKey key = 域名or(getSelector());
if (key == null) {
// The key was cancelled (e.g. due to socket closure)
// and removed from the selector while it was being
// processed. Count down the connections at this point
// since it won\'t have been counted down when the socket
// closed.
域名e();
} else {
final NioSocketWrapper attachment = (NioSocketWrapper) 域名chment();
if (attachment != null) {
// We are registering the key to start with, reset the fairness counter.
try {
int ops = 域名restOps() | interestOps;
域名restOps(ops);
域名restOps(ops);
} catch (CancelledKeyException ckx) {
cancelledKey(key, socketWrapper);
}
} else {
cancelledKey(key, socketWrapper);
}
}
}
if (running && !paused && eventCache != null) {
域名t();
域名(pe);
}
}
return result;
}
还有一个重要方法就是域名域名.域名er#processKey，上一个方法是获取event，并注册到selector，那这个方法就是通过Selector获取到的数据准备好的event，并开始封装成对应的业务处理线程SocketProcessorBase，扔到线程池里开始处理
protected void processKey(SelectionKey sk, NioSocketWrapper socketWrapper) {
try {
if (close) {
cancelledKey(sk, socketWrapper);
} else if (域名lid()) {
if (域名adable() || 域名itable()) {
if (域名endfileData() != null) {
processSendfile(sk, socketWrapper, false);
} else {
unreg(sk, socketWrapper, 域名yOps());
boolean closeSocket = false;
// Read goes before write
if (域名adable()) {
//这里如果是异步的操作，就会走这里
if (域名Operation != null) {
if (!域名ess()) {
closeSocket = true;
}
} else if (域名Blocking) {
// readBlocking默认为false
synchronized (域名Lock) {
域名Blocking = false;
域名fy();
}
} else if (!processSocket(socketWrapper, 域名_READ, true)) {
// 处理正常的事件，这里的processSocket就要正式开始处理请求了。
// 将对应的事件封装成对应的线程，然后交给线程池去处理正式的请求业务
closeSocket = true;
}
}
if (!closeSocket && 域名itable()) {
if (域名eOperation != null) {
if (!域名ess()) {
closeSocket = true;
}
} else if (域名eBlocking) {
synchronized (域名eLock) {
域名eBlocking = false;
域名fy();
}
} else if (!processSocket(socketWrapper, 域名_WRITE, true)) {
closeSocket = true;
}
}
if (closeSocket) {
cancelledKey(sk, socketWrapper);
}
}
}
} else {
// Invalid key
cancelledKey(sk, socketWrapper);
}
} catch (CancelledKeyException ckx) {
cancelledKey(sk, socketWrapper);
} catch (Throwable t) {
域名leThrowable(t);
域名r(域名tring("域名rocessingError"), t);
}
}
请求具体处理
上一步，Selector获取到了就绪的请求socket，然后根据socket注册的触发处理函数等，将这些数据进行封装，扔到了线程池里，开始具体的业务逻辑处理。本节就是从工作线程封装开始，域名域名.SocketProcessorBase为工作线程类的抽象类，实现了Runnable接口，不同的Endpoint实现具体的处理逻辑，本节以NioEndpoint为例
以下为域名域名.AbstractEndpoint#processSocket方法源码
/**
* Process the given SocketWrapper with the given status. Used to trigger
* processing as if the Poller (for those endpoints that have one)
* selected the socket.
*
* @param socketWrapper The socket wrapper to process
* @param event The socket event to be processed
* @param dispatch Should the processing be performed on a new
* container thread
*
* @return if processing was triggered successfully
*/
public boolean processSocket(SocketWrapperBase<S> socketWrapper,
SocketEvent event, boolean dispatch) {
try {
if (socketWrapper == null) {
return false;
}
// 优先使用已经存在的线程
SocketProcessorBase<S> sc = null;
if (processorCache != null) {
sc = 域名();
}
if (sc == null) {
sc = createSocketProcessor(socketWrapper, event);
} else {
域名t(socketWrapper, event);
}
// 获取线程池。线程池的初始化，是在Acceptor、Poller这两个单独线程启动之前创建
// tomcat使用了自定义的域名域名域名Queue，这块tomcat也进行了小的适配开发
// 核心线程为10个，最大200线程
Executor executor = getExecutor();
if (dispatch && executor != null) {
域名ute(sc);
} else {
域名();
}
} catch (RejectedExecutionException ree) {
getLog().warn(域名tring("域名", socketWrapper) , ree);
return false;
} catch (Throwable t) {
域名leThrowable(t);
// This means we got an OOM or similar creating a thread, or that
// the pool and its queue are full
getLog().error(域名tring("域名"), t);
return false;
}
return true;
}
上面的方法是得到了处理业务逻辑的线程SocketProcessorBase，NioEndpoint内部类域名域名.域名etProcessor继承了这个抽象类，也就是具体的业务处理逻辑在域名域名.域名etProcessor#doRun方法中，最终调用到我们的Servlet
protected void doRun() {
/*
* Do not cache and re-use the value of 域名ocket() in
* this method. If the socket closes the value will be updated to
* CLOSED_NIO_CHANNEL and the previous value potentially re-used for
* a new connection. That can result in a stale cached value which
* in turn can result in unintentionally closing currently active
* connections.
*/
Poller poller = 域名er;
if (poller == null) {
域名e();
return;
}
try {
int handshake = -1;
try {
// 握手相关判断逻辑
...
} catch (IOException x) {
...
}
// 三次握手成功了
if (handshake == 0) {
SocketState state = 域名;
// Process the request from this socket
// event为域名_READ，这个变量是域名域名.域名er#processKey方法赋值
if (event == null) {
state = getHandler().process(socketWrapper, 域名_READ);
} else {
// 这里就开始正式处理请求了
state = getHandler().process(socketWrapper, event);
}
if (state == 域名ED) {
域名elledKey(getSelectionKey(), socketWrapper);
}
} else if (handshake == -1 ) {
getHandler().process(socketWrapper, 域名ECT_FAIL);
域名elledKey(getSelectionKey(), socketWrapper);
} else if (handshake == 域名EAD){
域名sterReadInterest();
} else if (handshake == 域名RITE){
域名sterWriteInterest();
}
} catch (CancelledKeyException cx) {
域名elledKey(getSelectionKey(), socketWrapper);
} catch (VirtualMachineError vme) {
域名leThrowable(vme);
} catch (Throwable t) {
域名r(域名tring("域名"), t);
域名elledKey(getSelectionKey(), socketWrapper);
} finally {
socketWrapper = null;
event = null;
//return to cache
if (running && !paused && processorCache != null) {
域名(this);
}
}
}
总结
-
Tomcat是如何接收网络请求？使用java nio的同步非阻塞去进行网络监听。
域名域名.AbstractEndpoint#bindWithCleanup中初始化网络监听、SSL{ .... serverSock = 域名(); 域名roperties(域名et()); InetSocketAddress addr = new InetSocketAddress(getAddress(), getPortWithOffset()); // 当应用层面的连接数到达最大值时，操作系统可以继续接收连接，那么操作系统能继续接收的最大连接数就是这个队列长度，可以通过acceptCount 参数配置，默认是 100 域名(addr, getAcceptCount()); } 域名igureBlocking(true); //mimic APR behavior域名域名.NioEndpoint#startInternal中初始化业务处理的线程池、连接限制器、Poller线程、Acceptor线程 -
如何做到高性能的
http协议服务器？Tomcat把接收连接、检测 I/O 事件以及处理请求进行了拆分，用不同规模的线程去做对应的事情，这也是tomcat能高并发处理请求的原因。不让线程阻塞，尽量让CPU忙起来
-
是怎么设计的呢？
通过接口、抽象类等，将不同的处理逻辑拆分，各司其职
-
域名域名.AbstractEndpoint：I/O事件的检测、处理逻辑都在这个类的实现类里面。使用模板方法，不同的协议有不同的实现方法。NioEndpoint/Nio2Endpoint/AprEndpoint-
域名域名.域名er：引用了域名域名ctor，内部有个事件队列，监听I/O事件具体就是在这里做的 域名域名.域名ocketWrapper-
域名域名.域名etProcessor: 具体处理请求的线程类
-
-
参考：
NioEndpoint组件：Tomcat如何实现非阻塞I/O？
Java NIO浅析
