容器的层次结构

Tomcat 设计了四种容器，分别是 Engine、Host、Context 和 Wrapper 。这四种容器不是平行关系，而是父子关系。如图:

Tomcat容器层次结构图.jpg

Tomcat 通过一种分层的结构，使得 Servlet 容器具有很好的灵活性

Context表示一个Web应用程序；Wrapper表示一个Servlet，一个Web应用中可能会有多个Servlet；Host代表的是一个虚拟主机，或者说一个站点，可以给Tomcat配置多个虚拟主机地址，而一个虚拟主机地址下可以部署多个Web应用程序；Engine表示引擎，用来管理多个虚拟站点，一个Service最多只能有一个Engine.

在Tomcat的server.xml配置文件中也可以体现这个关系

<Server>                    //顶层组件，可以包括多个Service
    <Service>               //顶层组件，可包含一个Engine，多个连接器
        <Connector>         //连接器组件，代表通信接口
        </Connector>
        <Engine>            //容器组件，一个Engine组件处理Service中的所有请求，包含多个Host
            <Host>          //容器组件，处理特定的Host下客户请求，可包含多个Context
                <Context>   //容器组件，为特定的Web应用处理所有的客户请求
                </Context>
            </Host>
        </Engine>
    </Service>
</Server>

Tomcat使用了组合模式来管理这些容器。所有容器组件都实现了Container接口，因此组合模式可以使得用户对单容器对象和组合容器对象的使用具有一致性。这里的单容器对象指的是最底层的Wrapper，组合容器对象指的是上面的Context、Host或者Engine。Container(org.apache.catalina.Container)接口定义如下：

public interface Container extends Lifecycle {
    public String getName();
    public void setName(String name);
    public Container getParent();
    public void setParent(Container container);
    public ClassLoader getParentClassLoader();
    public void setParentClassLoader(ClassLoader parent);
    public void addChild(Container child);
    public void addContainerListener(ContainerListener listener);
    public void addPropertyChangeListener(PropertyChangeListener listener);
    public Container findChild(String name);
    public Container[] findChildren();
    public ContainerListener[] findContainerListeners();
    public void removeChild(Container child);
    public void removeContainerListener(ContainerListener listener);
}

在上面的接口中看到了getParent、SetParent、AddChild和removeChild等方法。用来做对象的统一管理。

请求定位Servlet的过程

Mapper组件：将用户请求的URL定位到一个Servlet，Mapper组件里保存了Web应用的配置信息，其实就是容器组件与访问路径的映射关系，比如Host容器里配置的域名、Context容器里的Web应用路径，以及Wrapper容器里Servlet映射的路径，可以理解为是一个多层次的Map。

当一个请求到来时，Mapper组件通过解析请求URl里的域名和路径，再到自己保存的Map里去查找，就能定位到一个Servlet。一个请求URL最后只会定位到一个Wrapper容器，也就是一个Servlet。

匹配过程如图：

一次访问URL定位过程Mapper.jpg

请求 http://user.shopping.com:8080/order/buy 定位过程：

首先根据协议和端口号选定Service和Engine

我们知道Tomcat的每个连接器都监听不同的端口，比如Tomcat默认的HTTP连接器监听8080端口、默认的AJP连接器监听8009端口。上面的例子中URL访问的是8080端口，因此这个请求会被HTTP连接器接收，而一个连接器是属于一个Service组件的，这样Service组件就确定了。一个Service中除了有多个连接器，还有一个容器组件，具体来说就是一个Engine容器，因此也就意味着Engine也确定了。

然后，根据域名选定host

Service和Engine确定后，Mapper组件通过URL中的域名去查找相应的Host容器。

之后，根据URL路径找到Context组件

Host确定以后，Mapper根据URL的路径来匹配相应的Web应用的路径

最后，根据URL路径找到Wrapper(Servlet)

Context确定后，Mapper再根据web.xml中配置的Servlet映射路径来找到具体的Wrapper和Servlet.

Pipeline-Valve管道

在Tomcat通过一层一层的父子容器找到某个Servlet来处理请求的过程中，这些父子容器都会对请求做一些处理。连接器中的Adapter会调用容器的Service方法来执行Servlet，最先拿到请求的是Engine容器，Engine容器对请求做一些处理后，会把请求传给自己的子容器Host继续处理，以此类推，最后这个请求会传给Wrapper容器，Wrapper容器会调用最终的Servlet来处理。这个调用过程就是通过Pipeline-Valve管道来实现的。

Pipeline-Valve是责任链模式，责任链模式是指在一个请求处理的过程中有很多处理者依次对请求进行处理，每个处理者负责做自己相应的处理，处理完成之后将再调用下一个处理者继续处理。

Valve标识一个处理点，比如权限认证和记录日志。Valve接口中的关键方法：

    public interface Valve {
        public Valve getNext();
        public void setNext(Valve valve);
        public void backgroundProcess();
        public void invoke(Request request, Response response)
            throws IOException, ServletException;
        public boolean isAsyncSupported();
}

由于Valve是一个处理点，因此invoke方法就是来处理请求的，Valve中有getNext和setNext方法，有一个链表将Valve连起来，这个链表就是Pipeline，如下是Pipeline接口：

public interface Pipeline {
    public Valve getBasic();
    public void setBasic(Valve valve);
    public void addValve(Valve valve);
    public Valve[] getValves();
    public void removeValve(Valve valve);
    public Valve getFirst();
    public boolean isAsyncSupported();
    public Container getContainer();
    public void setContainer(Container container);
    public void findNonAsyncValves(Set<String> result);
}

通过Pipeline中的addValve方法，Pipeline维护了Valve链表，Valve可以插入到Pipeline中，对请求做某些处理。那为什么在Pipeline中没有invoke方法呢？因为整个调用链的触发是Valve来完成的，Valve完成自己的处理后，调用getNext.invoke() 来触发下一个Valve 调用。

每个容器都有一个Pipeline对象，只要触发这个Pipeline的第一个Valve，这个容器里的Pipeline中的Valve就都会被调用到。不同的容器的Pipeline是通过getBasic方法来实现的。这个BasicValve处于Valve链表的末端，它是Pipeline中必不可少的一个Valve，负责调用下层容器的Pipeline里的第一个Valve。整个调用过程如图：

Pipeline调用示意图.jpg

整个调用过程由连接器中的Adapter触发，它会调用Engine的第一个Valve:

// calling the container
connector.getService().getContainer().getPipeline().getFirst().invoke(request, response);

Wrapper容器的最后一个Valve会创建一个Filter链，并调用doFilter()方法，最终会调到Servlet的service方法。

Value和Filter的区别

Valve是Tomcat的私有机制，与Tomcat的基础架构/API是紧耦合的。Servlet API是公有的标准，所有的Web容器包括Jetty都支持Filter机制。
另一个重要的区别是Valve工作的Web容器级别，拦截所有应用的请求；而Servlet Filter工作在应用级别，只能拦截某个Web应用的所有请求。如果想做整个Web容器的拦截，必须通过Value来实现.