作者：李岩科

1 背景

SpringBoot是一个框架，一种全新的编程规范，他的产生简化了框架的使用，同时也提供了很多便捷的功能，比如内置tomcat就是其中一项，他让我们省去了搭建tomcat容器，生成war，部署，启动tomcat。因为内置了启动容器，应用程序可以直接通过 Maven 命令将项目编译成可执行的 jar 包，通过 java -jar 命令直接启动，不需要再像以前一样，打包成 War 包，然后部署在 Tomcat 中。那么内置tomcat是如何实现的呢

2 tomcat启动过程及原理

2.1 下载一个springboot项目

在这里下载一个项目https://start.spring.io/ 也可以在idea新建SpringBoot-Web工程.

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

点击 pom.xml会有 tomcat依赖

<dependency>
  <groupId>org.springframework.boot</groupId>
  <artifactId>spring-boot-starter-tomcat</artifactId>
  <version>2.1.2.RELEASE</version>
  <scope>compile</scope>
</dependency>

2.2 从启动入口开始一步步探索

点击进入run方法

public static ConfigurableApplicationContext run(Class<?> primarySource,
      String... args) {
   return run(new Class<?>[] { primarySource }, args);
}

//继续点击进入run方法
public static ConfigurableApplicationContext run(Class<?>[] primarySources,
                                                 String[] args) {
    return new SpringApplication(primarySources).run(args);
}

进入到这个run方法之后就可以看到，我们认识的一些初始化事件。主要的过程也是在这里完成的。

2.3 源码代码流程大致是这样

/**
 * Run the Spring application, creating and refreshing a new
 * {@link ApplicationContext}.
 * @param args the application arguments (usually passed from a Java main method)
 * @return a running {@link ApplicationContext}
 */
public ConfigurableApplicationContext run(String... args) {
    StopWatch stopWatch = new StopWatch();
    stopWatch.start();
    ConfigurableApplicationContext context = null;
    Collection<SpringBootExceptionReporter> exceptionReporters = new ArrayList<>();
    /**1、配置系统属性*/
    configureHeadlessProperty();
    /**2.获取监听器*/
    SpringApplicationRunListeners listeners = getRunListeners(args);
    /**发布应用开始启动事件 */
    listeners.starting();
    try {
        /** 3.初始化参数 */
        ApplicationArguments applicationArguments = new DefaultApplicationArguments(
                args);
        /** 4.配置环境*/
        ConfigurableEnvironment environment = prepareEnvironment(listeners,
                applicationArguments);

        configureIgnoreBeanInfo(environment);
        Banner printedBanner = printBanner(environment);
        /**5.创建应用上下文*/
        context = createApplicationContext();
        exceptionReporters = getSpringFactoriesInstances(
                SpringBootExceptionReporter.class,
                new Class[] { ConfigurableApplicationContext.class }, context);
        /**6.预处理上下文*/
        prepareContext(context, environment, listeners, applicationArguments,
                printedBanner);

        /**6.刷新上下文*/
        refreshContext(context);
        afterRefresh(context, applicationArguments);
        stopWatch.stop();
        if (this.logStartupInfo) {
            new StartupInfoLogger(this.mainApplicationClass)
                    .logStarted(getApplicationLog(), stopWatch);
        }
        /** 8.发布应用已经启动事件 */
        listeners.started(context);
        callRunners(context, applicationArguments);
    }
    catch (Throwable ex) {
        handleRunFailure(context, ex, exceptionReporters, listeners);
        throw new IllegalStateException(ex);
    }

    try {
        /** 9.发布应用已经启动完成的监听事件 */
        listeners.running(context);
    }
    catch (Throwable ex) {
        handleRunFailure(context, ex, exceptionReporters, null);
        throw new IllegalStateException(ex);
    }
    return context;
}

代码中主要就是通过 switch 语句，根据 webApplicationType 的类型来创建不同的 ApplicationContext：

• DEFAULT_SERVLET_WEB_CONTEXT_CLASS：Web类型，实例化 AnnotationConfigServletWebServerApplicationContext
• DEFAULT_REACTIVE_WEB_CONTEXT_CLASS：响应式Web类型，实例化 AnnotationConfigReactiveWebServerApplicationContext
• DEFAULT_CONTEXT_CLASS：非Web类型，实例化 AnnotationConfigApplicationContext

2.4 创建完应用上下文之后，我们在看刷新上下文方法

一步步通过断点点击方法进去查看，我们看到很熟悉代码spring的相关代码。

@Override
public void refresh() throws BeansException, IllegalStateException {
    synchronized (this.startupShutdownMonitor) {
        // Prepare this context for refreshing.
        //初始化前的准备工作，主要是一些系统属性、环境变量的校验，比如Spring启动需要某些环境变量，可以在这个地方进行设置和校验
        prepareRefresh();

        // Tell the subclass to refresh the internal bean factory.
        ConfigurableListableBeanFactory beanFactory = obtainFreshBeanFactory();

        // Prepare the bean factory for use in this context.
        //准备bean工厂  注册了部分类
        prepareBeanFactory(beanFactory);

        try {
            // Allows post-processing of the bean factory in context subclasses.
            postProcessBeanFactory(beanFactory);

            // Invoke factory processors registered as beans in the context.
            //注册bean工厂后置处理器，并解析java代码配置bean定义
            invokeBeanFactoryPostProcessors(beanFactory);

            // Register bean processors that intercept bean creation.
            //注册bean后置处理器，并不会执行后置处理器，在后面实例化的时候执行
            registerBeanPostProcessors(beanFactory);

            // Initialize message source for this context.
            initMessageSource();

            // Initialize event multicaster for this context.
            //初始化事件监听多路广播器
            initApplicationEventMulticaster();

            // Initialize other special beans in specific context subclasses.
            //待子类实现，springBoot在这里实现创建内置的tomact容器
            onRefresh();

            // Check for listener beans and register them.
            registerListeners();

            // Instantiate all remaining (non-lazy-init) singletons.
            finishBeanFactoryInitialization(beanFactory);

            // Last step: publish corresponding event.
            finishRefresh();
        }

        catch (BeansException ex) {
            if (logger.isWarnEnabled()) {
                logger.warn("Exception encountered during context initialization - " +
                        "cancelling refresh attempt: " + ex);
            }

            // Destroy already created singletons to avoid dangling resources.
            destroyBeans();

            // Reset 'active' flag.
            cancelRefresh(ex);

            // Propagate exception to caller.
            throw ex;
        }

        finally {
            // Reset common introspection caches in Spring's core, since we
            // might not ever need metadata for singleton beans anymore...
            resetCommonCaches();
        }
    }
}

2.5 onRefresh() 方法是调用其子类实现的

也就是 ServletWebServerApplicationContext

/** 得到Servlet工厂 **/
this.webServer = factory.getWebServer(getSelfInitializer());

其中 createWebServer() 方法是用来启动web服务的，但是还没有真正启动 Tomcat，只是通过ServletWebServerFactory 创建了一个 WebServer，继续来看这个 ServletWebServerFactory：

this.webServer = factory.getWebServer(getSelfInitializer()); 这个方法可以看出TomcatServletWebServerFactory的实现。相关Tomcat的实现。

2.6 TomcatServletWebServerFactory 的 getWebServer() 方法

清晰的看到new 出来了一个Tomcat.

2.7 Tomcat创建之后，继续分析Tomcat的相关设置和参数

@Override
public WebServer getWebServer(ServletContextInitializer... initializers) {

/** 1、创建Tomcat实例 **/
Tomcat tomcat = new Tomcat();
 //创建Tomcat工作目录
File baseDir = (this.baseDirectory != null) ? this.baseDirectory
        : createTempDir("tomcat");
tomcat.setBaseDir(baseDir.getAbsolutePath());
Connector connector = new Connector(this.protocol);
tomcat.getService().addConnector(connector);
customizeConnector(connector);
/** 2、给创建好的tomcat设置连接器connector **/
tomcat.setConnector(connector);
/** 3.设置不自动部署 **/
tomcat.getHost().setAutoDeploy(false);
/** 4.配置Tomcat容器引擎 **/
configureEngine(tomcat.getEngine());
for (Connector additionalConnector : this.additionalTomcatConnectors) {
    tomcat.getService().addConnector(additionalConnector);
}
/**准备Tomcat的StandardContext，并添加到Tomcat中*/
prepareContext(tomcat.getHost(), initializers);
/** 将创建好的Tomcat包装成WebServer返回**/
return getTomcatWebServer(tomcat);
}

2.8 继续点击getTomcatWebServer方法，找到initialize()方法，可以看到tomcat.start();启动tomcat服务方法。

// Start the server to trigger initialization listeners
//启动tomcat服务
this.tomcat.start();
 //开启阻塞非守护进程
startDaemonAwaitThread();

//Tomcat.java

2.9 TomcatWebServer.java 控制台会打印这句话

Tomcat started on port(s): 8080 (http) with context path ‘’

3 总结

SpringBoot的启动主要是通过实例化SpringApplication来启动的，启动过程主要做了如下几件事情：

配置系统属性、获取监听器，发布应用开始启动事件、初始化参数、配置环境、创建应用上下文、预处理上下文、刷新上下文、再次刷新上下文、发布应用已经启动事件、发布应用启动完成事件。而启动 Tomcat 是刷新上下文 这一步。

Spring Boot 创建 Tomcat 时，会先创建一个上下文，将 WebApplicationContext 传给 Tomcat；

启动 Web 容器，需要调用 getWebserver()，因为默认的 Web 环境就是 TomcatServletWebServerFactory，所以会创建 Tomcat 的 Webserver，这里会把根上下文作为参数给 TomcatServletWebServerFactory 的 getWebServer()；启动 Tomcat，调用 Tomcat 中 Host、Engine 的启动方法。

3.1 Tomcat相关名称介绍