Tomcat Engine 原理深度解析

第 1 章：Tomcat Engine 的定义与定位

1.1 什么是 Engine？

在 Tomcat 的核心架构中，Engine 是整个 Servlet 容器的"心脏" ，负责接收 Connector 传递过来的请求，并将其路由到合适的 Host → Context → Wrapper，最终交给具体的 Servlet 执行。

可以把它类比成高速公路的交通枢纽：

Connector 像是高速路的入口收费站，负责接收外部车辆（请求）。
Engine 是高速路的主干线，决定车辆应该走哪一条支路。
Host 是具体的服务区，相当于一个虚拟主机（domain）。
Context 是某个服务区里的商场（web 应用）。
Wrapper 就是商场里的具体商铺（Servlet）。

1.2 Engine 的地位

在 Tomcat 的 Catalina 容器分层模型中：

Server：Tomcat 的顶层容器，代表整个服务器。
Service：一个服务，可以包含多个 Connector 和一个 Engine。
Engine：核心请求分发容器（每个 Service 仅有一个 Engine）。
Host：虚拟主机，支持多域名部署。
Context：Web 应用容器，一个 Host 下可以有多个 Context。
Wrapper：最底层，封装具体的 Servlet。

📌 重点：一个 Service 只能绑定一个 Engine ，但 Engine 内部可以管理多个 Host，从而实现多站点、多租户。

1.3 配置示例

在 server.xml 中，我们能直观地看到 Engine 的定义：

复制代码

<Service name="Catalina">
    <!-- Connector 定义省略 -->
    <Engine name="Catalina" defaultHost="localhost">
        <Host name="localhost" appBase="webapps" unpackWARs="true" autoDeploy="true">
            <Context path="" docBase="ROOT" reloadable="true" />
        </Host>
    </Engine>
</Service>

解析：

Engine 绑定到 Service（如 Catalina Service）。
defaultHost="localhost" 指定默认虚拟主机。
Host 定义了一个虚拟主机，可绑定多个 Web 应用（Context）。

1.4 源码定位

在 Tomcat 10.x 源码中：

org.apache.catalina.Engine 是一个接口，继承自 Container。

默认实现类为 org.apache.catalina.core.StandardEngine。

复制代码

public interface Engine extends Container {
    // 获取默认Host
    public String getDefaultHost();
    // 设置默认Host
    public void setDefaultHost(String defaultHost);
}

而 StandardEngine 则实现了核心逻辑：

复制代码

public class StandardEngine extends ContainerBase implements Engine {
    private String defaultHost = null;
    
    @Override
    public String getDefaultHost() {
        return (this.defaultHost);
    }

    @Override
    public void setDefaultHost(String host) {
        this.defaultHost = host;
    }
}

可以看到：

Engine 其实就是一个 特殊的 Container ，它的子容器是 Host。
它的关键属性就是 defaultHost。

1.5 实际应用场景

假设你要在同一台 Tomcat 部署多个站点：

复制代码

<Engine name="Catalina" defaultHost="www.example.com">
    <Host name="www.example.com" appBase="site1" />
    <Host name="blog.example.com" appBase="site2" />
</Engine>

这样，访问：

http://www.example.com/ → 进入 site1
http://blog.example.com/ → 进入 site2

👉 Engine 在这里就扮演了 多租户隔离管理者 的角色。

✅ 小结：

Engine 是 Service 内的核心容器，负责将请求分发到正确的 Host/Context/Wrapper。
它是 Servlet 容器分层结构的中枢，既是容器（可以包含 Host），又是路由器（决定请求走向）。
配置层面上，Engine 通常只需要指定 defaultHost，但在多站点、多域名部署时会非常关键。

第 2 章：Engine 在 Tomcat 分层架构中的作用

2.1 Tomcat 的容器分层模型

Tomcat 的核心是 Catalina 容器 ，它采用了分层容器架构（Container Hierarchy），从上到下依次是：

Server（顶层，代表整个 Tomcat 实例）
Service（一个服务，包含一个 Engine 和多个 Connector）
Engine（请求分发枢纽，一个 Service 只能有一个 Engine）
Host（虚拟主机，代表一个域名站点）
Context（Web 应用，一个 Host 下可以有多个 Context）
Wrapper（最底层，封装具体的 Servlet）

👉 这种分层设计，使 Tomcat 容器既清晰又灵活，方便扩展。

2.2 Engine 与其他组件的关系

与 Server 的关系
- Server 是最顶层，包含多个 Service。
- 每个 Service 必须有一个 Engine，因此 Engine 相当于 Server 与 Connector 的桥梁。
与 Service 的关系
- Service 管理一组 Connector（负责协议/网络）和一个 Engine（负责容器）。
- 请求流向：Connector → Engine。
与 Host 的关系
- Engine 的直接子容器就是 Host。
- 一个 Engine 可以有多个 Host，用来支持多域名。
- Host 内部再细分为 Context → Wrapper。

2.3 请求流转路径

结合一次 HTTP 请求来理解 Engine 的作用。假设用户访问：

复制代码

http://blog.example.com/app/hello

请求流转大致如下：

Connector （如 Http11NioProtocol）接收到请求。
请求被传递到 Engine。
Engine 根据请求头中的 Host: blog.example.com，找到对应的 Host。
在 Host 内部，根据 app 定位到 Context（Web 应用）。
在 Context 内部，Mapper 会找到 /hello 对应的 Wrapper（Servlet）。
最终调用 Servlet 的 service() 方法执行逻辑。

📌 Engine 在这里的作用就是 承上启下：

上承 Connector 的网络输入
下启 Host/Context/Wrapper 的业务容器

2.4 源码结构剖析

在源码层面，Engine 继承自 Container 接口，而 Container 是所有容器（Engine/Host/Context/Wrapper）的顶层接口。

复制代码

public interface Container {
    public String getName();
    public void setName(String name);
    public Container getParent();
    public void setParent(Container container);
    public Container[] findChildren();
}

而 Engine 是一个更具体的容器：

复制代码

public interface Engine extends Container {
    public String getDefaultHost();
    public void setDefaultHost(String defaultHost);
}

👉 可以看出，Engine 的特殊性在于：

它的子容器是 Host
它必须有一个默认 Host

2.5 配置中的层级体现

来看一个 server.xml 的简化片段：

复制代码

<Server port="8005" shutdown="SHUTDOWN">
    <Service name="Catalina">
        <Connector port="8080" protocol="HTTP/1.1"/>
        <Engine name="Catalina" defaultHost="localhost">
            <Host name="localhost" appBase="webapps" />
        </Engine>
    </Service>
</Server>

层次结构非常清晰：

Server → Service → Engine → Host
Connector 独立于容器，但它们和 Engine 一起组成 Service

2.6 类比理解

如果把 Tomcat 类比成一个"快递公司"：

Server：快递公司总部
Service：一个分公司（有自己的运输队和仓库）
Connector：运输队，负责接收外部快递
Engine：分公司总仓库，负责快递分拣
Host：城市分仓（北京、上海...）
Context：区县分仓（海淀区、浦东新区...）
Wrapper：具体的投递员（Servlet）

在这个比喻里，Engine 就是大仓库的分拣系统，决定一个快递（请求）应该送到哪一个城市分仓（Host）。

✅ 小结

Engine 在分层架构中处于 Service 与 Host 之间，是连接网络层（Connector）与应用层（Context/Wrapper）的关键枢纽。
Engine 的唯一性（每个 Service 只能有一个 Engine）保证了请求路由的稳定性。
它的本质作用是 请求分发和容器管理，承载了整个 Tomcat 容器的核心逻辑。

第 3 章：Engine 的生命周期管理（初始化、启动、停止）

3.1 生命周期接口

Tomcat 中所有容器组件（Engine、Host、Context、Wrapper）都实现了 Lifecycle 接口，用来统一管理组件的状态转换。

复制代码

public interface Lifecycle {
    String BEFORE_INIT_EVENT = "before_init";
    String AFTER_INIT_EVENT = "after_init";
    String START_EVENT = "start";
    String BEFORE_START_EVENT = "before_start";
    String AFTER_START_EVENT = "after_start";
    String STOP_EVENT = "stop";
    String BEFORE_STOP_EVENT = "before_stop";
    String AFTER_STOP_EVENT = "after_stop";
    String DESTROY_EVENT = "destroy";

    void init() throws LifecycleException;
    void start() throws LifecycleException;
    void stop() throws LifecycleException;
    void destroy() throws LifecycleException;

    void addLifecycleListener(LifecycleListener listener);
}

📌 关键点：

每个阶段都会触发相应的事件（Event），供监听器（Listener）扩展。
Engine 作为 ContainerBase 的子类，继承了 Lifecycle 的完整实现。

3.2 生命周期阶段详解

Engine 生命周期主要分为以下几个阶段：

初始化（init）
- 初始化容器结构（加载子容器 Host）。
- 准备 Mapper（请求路径到容器的映射器）。
- 通知所有注册的 LifecycleListener。
启动（start）
- 调用 startInternal()，启动自身及子容器（Host → Context → Wrapper）。
- 启动 Pipeline（责任链）中的 Valve。
- 触发 START_EVENT。
停止（stop）
- 调用 stopInternal()，依次停止 Pipeline 和子容器。
- 回收资源（线程池、缓存、Session 管理器等）。
- 触发 STOP_EVENT。
销毁（destroy）
- 释放底层资源。
- 通知所有监听器。

3.3 源码级解析（Tomcat 10.x）

以 StandardEngine 为例（继承自 ContainerBase）：

复制代码

@Override
protected void startInternal() throws LifecycleException {
    // 设置状态为 STARTING
    setState(LifecycleState.STARTING);

    // 启动子容器（Host）
    super.startInternal();
}

可以看到，StandardEngine 并没有复杂逻辑，核心都在父类 ContainerBase。

在 ContainerBase.startInternal() 中：

复制代码

@Override
protected synchronized void startInternal() throws LifecycleException {
    // 启动 Pipeline（责任链）
    if (pipeline instanceof Lifecycle) {
        ((Lifecycle) pipeline).start();
    }

    // 启动所有子容器（Host）
    for (Container child : findChildren()) {
        child.start();
    }

    setState(LifecycleState.STARTED);
}

👉 逻辑很清晰：

先启动 Pipeline（请求处理链）。
再递归启动所有子容器（Host → Context → Wrapper）。

同理，stopInternal() 过程正好反向：

先停止子容器
再停止 Pipeline
设置状态为 STOPPED

3.4 配置与生命周期的关系

在 server.xml 中修改 Engine 配置时，通常需要 重启 Tomcat 才能生效。原因就是 Engine 的生命周期被绑定到 Service → Server 的生命周期。

例如：

复制代码

<Engine name="Catalina" defaultHost="localhost">
    <Host name="localhost" appBase="webapps" />
</Engine>

如果修改了 defaultHost，必须重启 Tomcat，因为 Engine.startInternal() 只会在 Service 启动时执行一次。

3.5 生命周期监听器（Listener）

我们可以通过 LifecycleListener 扩展 Engine 的生命周期行为。

示例：自定义一个日志监听器

复制代码

public class EngineLifecycleLogger implements LifecycleListener {
    @Override
    public void lifecycleEvent(LifecycleEvent event) {
        System.out.println("Engine event: " + event.getType());
    }
}

在 server.xml 中挂载：

复制代码

<Engine name="Catalina" defaultHost="localhost">
    <Listener className="com.example.EngineLifecycleLogger"/>
    <Host name="localhost" appBase="webapps" />
</Engine>

这样在 Engine 初始化/启动/停止时都会输出日志。

3.6 实际应用场景

多站点动态部署

如果需要在运行中动态添加新的 Host，必须确保 Engine 已经 start，否则 Host 无法挂载。
灰度发布

通过 LifecycleListener，可以在 Engine 启动时注册动态配置（如加载灰度路由规则）。
资源回收

在 stop 或 destroy 阶段，可以自定义 Listener 释放数据库连接池、关闭 MQ 客户端等资源。

3.7 常见问题与排查

Engine 未启动导致 404
- 现象：Connector 正常，但所有请求返回 404。
- 原因：Engine 或子容器未成功启动（可能是 web.xml 配置错误）。
- 解决：检查 catalina.out，确认 Engine.startInternal() 是否报错。
资源未释放导致内存泄漏
- 现象：Tomcat 重启后内存不断升高。
- 原因：Engine 停止时未正确调用 destroy()，Listener 或线程池未释放。
- 解决：实现自定义 LifecycleListener，在 STOP_EVENT 阶段手动清理资源。

第 4 章：Host/Context/Wrapper 容器与 Engine 的关系

4.1 容器层级回顾

在 Tomcat 的容器分层模型中，Engine 作为 Service 内的核心容器 ，其子容器就是 Host。层级关系如下：

复制代码

Engine
 └── Host (虚拟主机)
       └── Context (Web 应用)
             └── Wrapper (具体 Servlet)

👉 每一层容器都实现了 Container 接口，因此它们在管理子容器、查找子容器方面保持一致性。

4.2 Engine 与 Host 的关系

Engine 的子容器是 Host
- 每个 Host 对应一个虚拟主机（即域名），支持多站点部署。
- Engine 通过 defaultHost 属性指定默认 Host，用来处理无法匹配的请求。

源码解析（Engine 添加 Host）

在 ContainerBase 中，所有子容器统一管理：

复制代码

@Override
public void addChild(Container child) {
    child.setParent(this);  // 设置父容器
    children.put(child.getName(), child); // 存入子容器集合
}

对于 StandardEngine 来说，这里的 child 就是 Host。

配置示例

复制代码

<Engine name="Catalina" defaultHost="www.example.com">
    <Host name="www.example.com" appBase="site1"/>
    <Host name="blog.example.com" appBase="site2"/>
</Engine>

www.example.com → 映射到 site1 应用目录
blog.example.com → 映射到 site2 应用目录

4.3 Host 与 Context 的关系

Host 的子容器是 Context
- 每个 Context 对应一个 Web 应用（通常是一个 WAR 包）。
- Host 负责应用的自动部署（autoDeploy、unpackWARs 参数控制）。

配置示例

复制代码

<Host name="localhost" appBase="webapps" autoDeploy="true">
    <Context path="/app1" docBase="app1"/>
    <Context path="/app2" docBase="app2"/>
</Host>

http://localhost:8080/app1 → 访问 app1 应用
http://localhost:8080/app2 → 访问 app2 应用

源码解析
StandardHost 继承 ContainerBase，其 addChild() 方法确保子容器是 Context：

复制代码

@Override
public void addChild(Container child) {
    if (!(child instanceof Context)) {
        throw new IllegalArgumentException("Child not a Context");
    }
    super.addChild(child);
}

4.4 Context 与 Wrapper 的关系

Context 的子容器是 Wrapper
- Context 表示一个 Web 应用，对应 web.xml 中的配置。
- Wrapper 封装了具体的 Servlet。

配置来源

在 web.xml 或 @WebServlet 注解中定义的 Servlet，都会被解析成 Wrapper：

复制代码

<servlet>
    <servlet-name>HelloServlet</servlet-name>
    <servlet-class>com.example.HelloServlet</servlet-class>
</servlet>
<servlet-mapping>
    <servlet-name>HelloServlet</servlet-name>
    <url-pattern>/hello</url-pattern>
</servlet-mapping>

源码解析（Context 添加 Wrapper）

在 StandardContext 中：

复制代码

@Override
public void addChild(Container child) {
    if (!(child instanceof Wrapper)) {
        throw new IllegalArgumentException("Child not a Wrapper");
    }
    super.addChild(child);
}

👉 这里的 Wrapper 就是对 HelloServlet 的封装。

4.5 请求逐级下发机制

假设用户访问：

复制代码

http://blog.example.com/app1/hello

请求路径在容器层级中的映射过程是：

Engine
- 根据 Host 头（blog.example.com）找到对应的 Host。
Host
- 根据 URL 的 Context Path（/app1）找到对应的 Context。
Context
- 根据 Servlet 映射（/hello）找到对应的 Wrapper。
Wrapper
- 调用目标 Servlet 的 service() 方法处理请求。

📌 这里的 Mapper 组件起到关键作用，它在 Engine 层面维护了 Host → Context → Wrapper 的映射关系。

4.6 类比理解

我们继续用"快递公司"的类比：

Engine：总仓库（总分拣中心）
Host：城市仓库（北京仓、上海仓）
Context：区县仓库（海淀区仓、浦东区仓）
Wrapper：快递员（负责具体投递）

👉 请求就像一件快递，在 Engine 的大仓库里首先按城市分拣（Host），再按区县分拣（Context），最后分配给具体快递员（Wrapper）。

第 5 章：责任链模式（Pipeline-Valve）在 Engine 中的实现

5.1 责任链模式简介

责任链模式（Chain of Responsibility）是一种 行为设计模式，允许请求沿着处理链传递，直到某个处理器处理它。

在 Tomcat 中：

Pipeline → 责任链的容器
Valve → 责任链中的节点，每个 Valve 可以处理请求或将请求传递给下一个 Valve

优势：

灵活可扩展
每个处理器独立，实现关注点分离
支持动态添加/删除处理节点

5.2 Pipeline 与 Valve 的定义

Pipeline 接口

复制代码

public interface Pipeline {
    public Valve getBasic();
    public void setBasic(Valve valve);
    public void addValve(Valve valve);
    public void invoke(Request request, Response response)
        throws IOException, ServletException;
}

Valve 接口

复制代码

public interface Valve {
    public void invoke(Request request, Response response, ValveContext context)
        throws IOException, ServletException;
}

📌 核心思想：

Pipeline 维护一个 Valve 链
每个 Valve 调用 context.invokeNext() 将请求传递给下一个 Valve
最后执行 Basic Valve（通常是 Servlet 调用）

5.3 Engine 的 Pipeline 实现

在 Tomcat 中，Engine、Host、Context 都实现了 Pipeline。

复制代码

public class StandardEngine extends ContainerBase implements Engine, Pipeline {
    protected Valve basic = null;
    protected ArrayList<Valve> valves = new ArrayList<>();
    
    @Override
    public void addValve(Valve valve) {
        valves.add(valve);
        ((ContaineBase) this).pipeline = this;
    }
    
    @Override
    public void invoke(Request request, Response response)
            throws IOException, ServletException {
        ((ValveContextImpl) getPipelineContext()).invokeNext(request, response);
    }
}

valves：普通处理节点
basic：基础处理节点（最终处理，如将请求交给子容器）

5.4 Pipeline 执行流程

Connector 将请求传递给 Engine
Engine 的 Pipeline 调用第一个 Valve
Valve 执行自己的逻辑（如安全检查、日志记录、过滤器链等）
调用 context.invokeNext() → 下一个 Valve
最终调用 Basic Valve → 将请求传递给 Host → Context → Wrapper → Servlet

5.5 配置示例

在 server.xml 中添加自定义 Valve：

复制代码

<Engine name="Catalina" defaultHost="localhost">
    <Valve className="org.apache.catalina.valves.AccessLogValve"
           directory="logs"
           prefix="localhost_access_log"
           suffix=".txt"
           pattern="%h %l %u %t &quot;%r&quot; %s %b"/>
    <Host name="localhost" appBase="webapps"/>
</Engine>

AccessLogValve 会在请求结束后记录日志
可以自定义多个 Valve，形成责任链

5.6 自定义 Valve 示例

假设我们需要实现请求审计（打印请求 URL 与处理时间）：

复制代码

public class AuditValve implements Valve {
    @Override
    public void invoke(Request request, Response response, ValveContext context)
            throws IOException, ServletException {
        long start = System.currentTimeMillis();
        System.out.println("Audit start: " + request.getRequestURI());
        
        // 调用下一个 Valve
        context.invokeNext(request, response);
        
        long duration = System.currentTimeMillis() - start;
        System.out.println("Audit end: " + request.getRequestURI() + ", duration=" + duration + "ms");
    }
}

添加到 Engine：

复制代码

Engine engine = (Engine) service.getContainer();
engine.addValve(new AuditValve());

效果：每个请求都会经过 AuditValve 记录日志，然后传递给下一个 Valve。

5.7 Engine Pipeline 与子容器协作

Engine Pipeline 只处理 全局逻辑（如日志、安全、负载均衡）
Host/Context 的 Pipeline 处理 局部逻辑（如某个应用的过滤器、认证）
责任链是递归执行的：
- Engine → Host → Context → Wrapper → Servlet

调用顺序举例：

复制代码

Engine Valve1 → Engine BasicValve → Host Valve2 → Host BasicValve → Context Valve3 → Context BasicValve → Wrapper → Servlet

5.8 类比理解

继续用"快递公司"类比：

Engine：总分拣中心
- Valve1：检查包裹重量
- Valve2：检查地址有效性
Host：城市仓库
- Valve：检查城市路由
Context：区县仓库
- Valve：检查快递员可用性
Wrapper：快递员
- 实际投递

每个环节都是责任链节点，包裹沿链向下流转，最终送达目的地。

第 6 章：请求处理流程（Mapper 定位 → Pipeline 执行 → Servlet 调用）

6.1 请求处理的总体流程

当外部请求进入 Tomcat 时，处理流程大致分为三步：

Mapper 定位
- Engine 根据请求的 Host 和 URI 找到对应的 Host/Context/Wrapper。
Pipeline 执行
- 请求沿着 Engine → Host → Context 的 Valve 链执行。
Servlet 调用
- Wrapper 调用目标 Servlet 的 service() 方法，完成业务逻辑处理。

整个流程可概括为：

复制代码

Connector → Engine (Pipeline) → Host → Context → Wrapper → Servlet

6.2 Connector 接收请求

以 Http11NioProtocol 为例：

复制代码

SocketChannel channel = serverSocket.accept();
Request request = new Request(channel);
Response response = new Response(channel);
processor.process(request, response);

Connector 将网络请求封装成 Request 和 Response 对象。
请求被传递给 Engine 的 Pipeline 进行处理。

6.3 Engine Mapper 定位

Engine 内部有 Mapper 组件，用于将请求映射到对应的 Host/Context。

源码简化示例（StandardEngine）：

复制代码

Host host = findHost(request.getServerName());
Context context = host.findChild(request.getContextPath());
Wrapper wrapper = context.findChild(request.getServletPath());

findHost()：根据请求 Host 头找到对应的虚拟主机
findChild()：在 Host/Context 中查找对应子容器

📌 核心：Engine 只负责找到 Host，Context 和 Wrapper 进一步处理 URL 映射。

6.4 Pipeline 执行

请求定位完成后，通过 Pipeline 执行 Valve 链：

复制代码

engine.getPipeline().invoke(request, response);

执行逻辑：

Engine Valve1 → Engine Valve2 → Engine BasicValve
Host Valve → Host BasicValve
Context Valve → Context BasicValve → Wrapper.invoke()

Engine BasicValve：将请求传给 Host
Host BasicValve：将请求传给 Context
Context BasicValve：将请求传给 Wrapper（Servlet）

6.5 Wrapper 调用 Servlet

Wrapper 是最底层的容器，封装了 Servlet 实例：

复制代码

public void invoke(Request request, Response response) throws ServletException, IOException {
    Servlet servlet = loadServlet();
    servlet.service(request.getRequest(), response.getResponse());
}

loadServlet()：延迟加载 Servlet，首次访问时实例化
service() ：调用具体的 doGet() 或 doPost() 方法处理请求

6.6 文字版完整流程描述

假设用户请求 URL：

复制代码

http://blog.example.com/app1/hello

流程如下：

Connector 接收 TCP 连接，封装 Request/Response
Engine Mapper 查找 Host：blog.example.com
Engine Pipeline 执行全局 Valve（如日志、审计）
Host Mapper 查找 Context：/app1
Host Pipeline 执行局部 Valve（如安全检查）
Context Mapper 查找 Wrapper：/hello → HelloServlet
Context Pipeline 执行应用级 Valve（如请求计时）
Wrapper 调用 Servlet service() 方法
Servlet 处理业务逻辑，写入 Response
Response 返回给 Connector → 返回客户端

6.7 代码片段演示（模拟流程）

复制代码

// Engine 层
engine.getPipeline().invoke(request, response);

// Engine BasicValve
Host host = engine.findHost(request.getServerName());
host.getPipeline().invoke(request, response);

// Host BasicValve
Context context = host.findChild(request.getContextPath());
context.getPipeline().invoke(request, response);

// Context BasicValve
Wrapper wrapper = context.findChild(request.getServletPath());
wrapper.invoke(request, response);

// Wrapper
Servlet servlet = wrapper.loadServlet();
servlet.service(request.getRequest(), response.getResponse());

这个流程展示了 Mapper 定位 + Pipeline 执行 + Servlet 调用 的逐级处理逻辑。

6.8 实际应用场景

多域名部署
- Engine Mapper 根据 Host 头路由到不同虚拟主机
应用隔离
- Host/Context 层提供独立 Pipeline 和 Wrapper，保证应用隔离
全局监控
- Engine Pipeline 可以记录所有请求日志，Host/Context Pipeline 可做性能分析

6.9 小结

Engine 负责请求的 路由和全局处理
Host/Context 提供 局部处理和应用隔离
Wrapper 执行 具体业务逻辑
Mapper + Pipeline 是 Tomcat 请求处理链的核心机制
通过源码和文字描述，可以清晰理解请求从 TCP 到 Servlet 的完整路径

第 7 章：Engine 与 Servlet 规范的兼容性

7.1 Servlet 规范概览

Servlet 规范定义了 Java Web 应用的核心接口和行为，包括：

Servlet 接口 ：javax.servlet.Servlet 或 jakarta.servlet.Servlet
- 方法：init() → service() → destroy()
生命周期管理
- 容器负责创建 Servlet 实例、调用初始化方法、调用 service() 方法处理请求、最终销毁
请求/响应对象
- ServletRequest / ServletResponse 提供 HTTP 请求信息和响应机制
过滤器链（Filter）
- 支持请求预处理和后处理
监听器（Listener）
- 支持事件感知（如 Session 创建、Context 初始化）

Tomcat Engine 必须支持这些规范，才能保证 Web 应用的可移植性。

7.2 Engine 如何支持 Servlet 生命周期

Engine 通过 Wrapper 承载具体 Servlet，每个 Wrapper 的行为严格遵循 Servlet 规范：

复制代码

public void invoke(Request request, Response response)
        throws ServletException, IOException {
    Servlet servlet = loadServlet();       // 创建或获取 Servlet 实例
    servlet.service(request.getRequest(), response.getResponse()); // 调用 service
}

loadServlet()：保证延迟加载，符合 Servlet 生命周期规范
Engine/Context/Wrapper 负责管理 Servlet 的 初始化、并发访问、销毁

7.3 请求与响应对象兼容

Tomcat Engine 内部的 Request 和 Response 对象封装了 HTTP 协议细节 ，同时实现了 ServletRequest/ServletResponse 接口：

复制代码

public class RequestFacade implements ServletRequest {
    private Request request; // 实际请求对象
}

通过 Facade 模式保护内部实现，保证 Web 应用无法直接访问底层容器
支持 Servlet 5.0 新特性，如 HTTP/2 协议、异步处理（AsyncContext）

7.4 Pipeline 与 Filter 机制的协作

Pipeline 是 Tomcat 的容器级责任链
Filter 是 Servlet 规范的应用级责任链

Engine 将请求处理分为两级：

Engine/Host/Context Pipeline：全局/局部容器逻辑
Filter Chain（Context → Wrapper）：应用逻辑（如安全、日志、压缩）

示意流程：

复制代码

Engine Pipeline → Host Pipeline → Context Pipeline → Filter Chain → Servlet.service()

这样既保证了容器级别功能，又兼容标准 Servlet 应用

7.5 支持异步请求（AsyncContext）

Servlet 3.0 及以上规范支持异步请求，Engine 在处理异步请求时也能兼容：

复制代码

AsyncContext asyncContext = request.startAsync();
asyncContext.start(() -> {
    servlet.service(request, response);
});

Engine 不会阻塞请求线程
Pipeline 继续处理其他请求，提高并发能力

7.6 支持 Servlet 注解和 web.xml 配置

Engine 配置的 Context 会解析 Servlet 注解（@WebServlet、@WebFilter） 或 web.xml 文件，自动生成对应 Wrapper/Filter：

复制代码

Context context = host.findChild("/app1");
context.addChild(new StandardWrapper("HelloServlet", "com.example.HelloServlet"));

自动完成 URL 映射
支持多 Servlet/Filter/Listener，保证与规范一致

第 8 章：Engine 的扩展性（自定义 Valve/Listener）

8.1 Engine 的扩展点概览

Tomcat Engine 提供了两个主要扩展点：

Valve（责任链节点）
- 插入请求处理责任链
- 可执行全局或应用级逻辑
- 示例：日志记录、权限校验、性能监控
Listener（事件监听器）
- 监听 Engine 生命周期事件
- 可执行初始化、销毁、启动、停止等操作
- 示例：资源初始化、动态配置加载

8.2 自定义 Valve

8.2.1 Valve 接口

复制代码

public interface Valve {
    void invoke(Request request, Response response, ValveContext context)
        throws IOException, ServletException;
}

8.2.2 自定义示例：请求计时

复制代码

public class TimingValve implements Valve {
    @Override
    public void invoke(Request request, Response response, ValveContext context)
            throws IOException, ServletException {
        long start = System.currentTimeMillis();
        context.invokeNext(request, response); // 调用下一个 Valve
        long duration = System.currentTimeMillis() - start;
        System.out.println("Request URI: " + request.getRequestURI() + ", Duration: " + duration + "ms");
    }
}

8.2.3 添加到 Engine

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Engine engine = (Engine) service.getContainer();
engine.addValve(new TimingValve());

执行顺序 ：按照 addValve 的顺序形成责任链
Basic Valve：最后执行，将请求传给 Host

8.3 自定义 Listener

8.3.1 LifecycleListener 接口

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public interface LifecycleListener {
    void lifecycleEvent(LifecycleEvent event);
}

8.3.2 示例：Engine 启动日志

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public class EngineStartupLogger implements LifecycleListener {
    @Override
    public void lifecycleEvent(LifecycleEvent event) {
        if (Lifecycle.START_EVENT.equals(event.getType())) {
            System.out.println("Engine started at " + System.currentTimeMillis());
        }
    }
}

8.3.3 在 server.xml 中配置

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<Engine name="Catalina" defaultHost="localhost">
    <Listener className="com.example.EngineStartupLogger"/>
    <Host name="localhost" appBase="webapps"/>
</Engine>

当 Engine 启动时，会自动触发 lifecycleEvent，输出启动日志