Tomcat6源码分析

作为一位Java程序员，如果您没有接触过开源软件、项目或框架的话，恐怕有些不可思议。轰轰烈烈的开源运动起源于Linux操作系统，Apache基金会在其中扮演了中流砥柱的角色，业界巨擘SUN，IBM， BEA 和Oracle等公司的积极参与，使得声势浩大的开源运动成为软件开发领域势不可挡的力量。2001年11月，IBM向Apache基金会捐献出Visual Age for Java，这个看似穷途末路的产品经众多高手的改造，演变为辉煌一时的Eclipse，直接击败了不开源的JBuilder，让做编译器起家的Borland公司几乎关张大吉。Eclipse这个产品如此经典，以至于微软的Visual Studio都得向它学习。在Apache Harmony的围追堵截下，Java的发明者Sun公司一看势头不妙，于2006年宣布Java开源，随后又公开了其旗舰级产品Solaris的源代码。今年1月，开源的死对头、冷酷自私的微软也不得不在MS-RL协议下公开.Net的源代码。但是，在这如火如荼的开源运动中，我们中国的程序员又有多少贡献呢，我们开创了哪些框架、项目和产品，为开源界添砖加瓦呢？以笔者短浅的目光看来，我们对开源界贡献的东西恐怕很少，能够与国外经典开源项目一较高下的，少之又少矣！
作为一名中国的程序员，咱们能没有遗憾吗？为什么经典的Apache Web Server不是中国人写的；为什么Linus Torvalds在大学时代就写出Linux并振臂一呼，应者云集；为什么JBoss能与巨无霸式的Websphere相抗衡；为什么MySQL能在Oracle和SQL Server的夹击下发展并壮大…… ？如此等等问题，在遗憾之余，我想我们应该花点时间好好思考一下，中国的软件产业怎么了，中国的程序员又怎么啦？
在笔者看来，我们的程序员对开源的理解是相当狭隘的。国学大师王国维曾说过，古往今来成大学问大事业者要经历三种境界，“昨夜西风凋碧树，独上高楼，望尽天涯路”，这是第一重境界，迷惘也；“衣带渐宽终不悔，为伊消得人憔悴”，苦苦求索之境界也；第三重境界为“众里寻他千百度，蓦然回首，那人却在灯火阑珊处”，经历多少次的失败和挫折后，终于参透真谛，领悟真理。我觉得开源也有三重境界：
首先，我们要敞开心胸，拥抱开源（Open to Open Source)。这重境界我们大家都能做到，拿来主义嘛，谁人不会。当我们的项目需要数据库时，就去下载一个免费MySQL；需要IDE时，去下载 Eclipse；需要版本控制工具时，就去下载CVS；需要写搜索引擎时，Lucene可能是我们的最爱；当我们开发J2EE Web应用时，Struts/JSF加Hibernate/iBATIS再加上Spring或许成为我们的首选架构。但是，我们绝大部分程序员都停留在这 个层次上，大家下载之后，看看文档介绍，安装、配置并能运行，就以为万事大吉，一切顺利。偶尔遇到一些问题，去Google一搜，答案立马可得。
其次，我们要深入开源，了解开源（Dig into Open Source)。要达到这个层次，就有些难度了。我们不但要知其然，还要知其所以然。“知其所以然”的最好办法就是下载源代码，仔细研读，揣摩并领会源代码的精义，看看这些经过诸多高手修改的源代码究竟藏有什么玄机，我们能从其中学习到哪些设计思想及设计模式，能复用其中哪些源代码，人家运用了哪些软件管 理思想把这些来自世界各地程序员的劳动汇集成一个产品，代码架构如何，软件配置管理又是怎样进行的……，等等等等，我们从源代码中学习的东西太多了。在阅读源代码时，我们要多问自己几个为什么，这样就会收获更多。
再次，我们要融入开源，贡献开源（Get involved in Open Source)。当我们彻底理解该项目源代码后，我们应发挥一下“人人为我，我为人人”的思想，或结合您的实际需要，或结合您的新想法，或针对Mail lists上的问题，对该开源项目加以改进和创新，并把自己的代码贡献出来，让大家评估。当然，如果您有好的想法，您完全可以创建自己的开源项目，Apache基金会中众多的开源项目不都是我们广大程序员一手创建的吗？但是，在创建新开源项目时，切忌不要重新发明轮子。
笔者才疏学浅，想以Apache Jakarta项目包中的核心项目Tomcat为例，希望通过阅读源码，能从这个经典项目中学到更多的东西，为我们中国的开源事业起到抛砖引玉的作用。
下面我们就开始我们的Tomcat源码学习之旅。
1. 下载Tomcat6.0的源代码
首先，我们得下载Tomcat6.0的源代码。Tomcat源代码的版本控制工具不是CVS，而是Subversion，如果您的机器上没有安装Subversion，请从 http://subversion.tigris.org/servlets/ProjectDocumentList?folderID=91 下载并安装这个开源的版本控制工具。当然，如果您想从Eclipse中直接导入Tomcat源代码，请从http://subclipse.tigris.org/update_1.0.x下载Subversion插件，即可导入Tomcat源代码。安装完成后，请在MS-DOS窗口中键入svn export help，您将会看到：
C:/Documents and Settings/carlwu>svn help export
export: 产生一个无版本控制的目录树副本。
用法: 1、export [-r REV] URL[@PEGREV] [PATH]
2、export [-r REV] PATH1[@PEGREV] [PATH2]
1、从 URL 指定的仓库，导出一个干净的目录树到 PATH。如果有指定
REV 的话，内容即为该版本的，否则就是 HEAD 版本。如果 PATH
被省略的话，URL的最后部份会被用来当成本地的目录名称。
2、在工作副本中，从指定的 PATH1 导出一个干净的目录树到 PATH2。如果
有指定 REV 的话，会从指定的版本导出，否则从工作副本导出。如果
PATH2 被省略的话，PATH1 的最后部份会被用来当成本地的目录名称。
如果没有指定 REV 的话，所有的本地修改都保留，但是未纳入版本控制
的文件不会被复制。
如果指定了 PEGREV ，将从指定的版本本开始查找。
有效选项:。。。。。。
我们看到Subversion给我们提供了非常友好的帮助，并且是中文的，看来中国程序员对这个开源项目有所贡献。接下来，请在MS-DOS下键入：
svn export http://svn.apache.org/repos/asf/tomcat/tc6.0.x/tags/TOMCAT_6_0_0/ D:/carl_wu/tomcat/src/
这个命令的意思是把Tomcat6.0的源代码从Subversion库中导入到本机的D:/carl_wu/tomcat/src/目录，命令运行后，您稍等几分钟，就会看到Tomcat的源代码顺利导入到目标目录。下面是源代码的目录机构，从这个目录结构中，我们可以看出该项目的开发者使用的IDE是Eclipse，因为我们看到了熟悉的.project及.classpath文件。如果您打算开发一个Stand alone的Java应用程序，不妨借鉴一下Tomcat的目录结构，把脚本文件放在bin目录，将xml和properties配置文件放在conf目录中，把Java源码文件放在java或者src目录中，资源文件比如说图片文件，ini文件及其它的一些静态资源文件可以放在res目录，测试源代码可以放在test目录中。这是一个典型的Java应用程序的目录机构，笔者以前曾接触到一个来自美国的产品，其源代码目录结构和Tomcat及其相像。

2. 编译并运行
代码下载后，我们接下来就是要编译并运行Tomcat。一提编译，我们不禁会想到可爱的Ant。不错，Tomcat正是以Ant作为编译工具，如果您还没有安装，请从http://ant.apache.org/bindownload.cgi 处下载并安装它。然后，请从Tomcat的源代码文件找到build.properties.default文件，并将该文件复制到build.properties，然后打开build.properties，找到下面这行：
base.path=/usr/share/java
将它改为：
base.path= D:/carl_wu/tomcat/share
在Tomcat编译过程中，Ant会让我们下载一些必要的依赖项目，base.path目录就是用来保存这些项目文件的，我们可以将这个属性指向一个已经存在的目录。修改完base.path后，我们回到MS-DOS窗口，切换到Tomcat源代码所在目录，然后运行ant download命令，如下图所示：

一分钟未到，Ant就告诉我们一个错误并提示我们编译失败，具体错误信息如下：
downloadzip:
[get] Getting: http://sunsite.informatik.rwth-aachen.de/eclipse/downloads/drops/R-3.2-200606291905/eclipse-JDT-3.2.zip
[get] To: D:/carl_wu/tomcat/share/file.zip
[get] Error opening connection java.io.FileNotFoundException: http://sunsite.informatik.rwth-aachen.de:3080/eclipse/downloads/drops/R-3.2-200606291905/eclipse-JDT-3.2.zip
[get] Error opening connection java.io.FileNotFoundException: http://sunsite.informatik.rwth-aachen.de:3080/eclipse/downloads/drops/R-3.2-200606291905/eclipse-JDT-3.2.zip
[get] Error opening connection java.io.FileNotFoundException: http://sunsite.informatik.rwth-aachen.de:3080/eclipse/downloads/drops/R-3.2-200606291905/eclipse-JDT-3.2.zip
[get] Can't get http://sunsite.informatik.rwth-aachen.de/eclipse/downloads/drops/R-3.2-200606291905/eclipse-JDT-3.2.zip to D:/carl_wu/tomcat/share/file.zip
BUILD FAILED
D:/carl_wu/tomcat/src/build.xml:554: The following error occurred while executing this line:
D:/carl_wu/tomcat/src/build.xml:514: Can't get http://sunsite.informatik.rwth-aachen.de/eclipse/downloads/drops/R-3.2-200606291905/eclipse-JDT-3.2.zip to D:/carl_wu/tomcat/share/file.zip
Total time: 41 seconds
这个编译错误非常简单，就是找不到http://sunsite.informatik.rwth-aachen.de/eclipse/downloads/drops/R-3.2-200606291905/eclipse-JDT-3.2.zip 文件。有人可能会想，Tomcat的编译和Eclipse的JDT有什么关系？其实不然，Tomcat是在Eclipse下开发的，所以需要Eclipse的JDT（Java Development tooling）插件来编译Tomat源代码。既然找不到，我们只好自己动手，上Google一搜，马上发现这个文件的有效下载地址为：http://mirror.calvin.edu/eclipse/downloads/drops/R-3.2-200606291905/eclipse-JDT-3.2.zip。我们打开刚才的build.properties文件，将其34行修改为：
jdt.loc= http://mirror.calvin.edu/eclipse/downloads/drops/R-3.2-200606291905/eclipse-JDT-3.2.zip
修改保存build.properties文件后，重新开始ant download任务。这次我们等的时间较长，因为eclipse-JDT-3.2.zip大约有19M，下载需要一段时间。我们可乘此机会去泡杯茶弄点咖啡什么的，等我们品茶回来，发现敬业的蚂蚁Ant告诉我们编译成功，虽然编译器给出几个警告。这时我们可发现刚才创建的base.path目录（D:/carl_wu/tomcat/share）中已经下载了6个依赖项目，它们都是Tomcat编译所必须的。
下面就开始真正的编译任务了，请在MS-DOS窗口内键入ant并回车，Ant将在2分钟内编译1000多个源文件并将Tomcat部署到output目录。编译顺利完成后，请打开Tomcat的源代码目录，会发现多了一个output目录，这是Ant的编译后的输出目录。请打开Tomcat源代码的output/build/bin子目录，双击startup.bat文件，我们即可成功启动Tomcat6.0，此时我们的编译工作就算顺利完成了。
3. 导入源代码到Eclipse
3.1 请打开Eclipse，新建一个Java项目，然后点击“Next”按钮，请选择“Create project from existing source”， 并在Directory文本框内填入我们刚才下载的Tomcat源代码目录（i.e. D:/carl_wu/tomcat/src)，然后点击“Next”直至结束。

3.2 我们将会看到Eclipse拒绝编译，这是因为Eclipse找不到该项目指定的库文件。请右击该项目，在弹出菜单中选择“Properties”à“Libraries”，然后删除两个以TOMCAT_LIBS开头的两个库文件，只保留一个JRE库文件，然后点击“OK”按钮，这时Eclipse开始编译Tomcat源代码，但是发现一堆错误，这是因为我们没有为该项目添加编译所必须的Jar包。
3.3 准备好Tomcat项目所必须的jar文件，其实，刚才我们运行ant download任务时，已经下载过这些jar文件包。
ant.jar （请在ant安装目录的lib子目录中拷贝）
commons-collections-3.1.jar （从刚才Ant下载的commons-collections-3.1子目录中拷贝）
commons-dbcp-1.2.1.jar（从刚才Ant下载的commons-dbcp-1.2.1子目录中拷贝）
commons-logging-1.1.jar（如果您本机没有这个jar包，请从http://commons.apache.org/downloads/download_logging.cgi处下载）
commons-pool-1.2.jar（从刚才Ant下载的commons-pool-1.2子目录中拷贝）
org.eclipse.jdt.core_3.2.0.v_671.jar（从刚才Ant下载的eclipse/plugins子目录中拷贝）
3.4 当我们准备好这些jar文件后，将这些文件拷贝到某一目录（比如说D:/carl_wu/tomcat/tomcat_lib目录），然后在Eclipse中新建一个User Libraries，我们将这个新建的User Libraries命名为TOMCAT_LIBS，并把这些文件加到TOMCAT_LIBS。然后将我们新建的TOMCAT_LIBS添加到Tomcat6项目。另外，别忘了把JUnit库也加到Tomcat6项目。这时Eclipse开始重新编译，编译过程顺利通过，所有错误均消失，此时Tomcat6项目的目录结构如下：

还有，请把test目录也加入到源代码中，方法是在Eclipse中右击”test”目录，然后在弹出菜单中选择“Build path”à”Use as Source Folder”，之后我们会看到test目录上就多了个源代码的符号，如上图所示。
3.5在Eclipse中运行Tomcat。请找到Tomcat的启动主类org.apache.catalina.startup.Bootstrap，右击这个类，在弹出菜单中选择“Run As…”à”Open Run Dialog…”，然后在弹出的“Run”窗口中填入程序运行参数“start”和JVM运行参数catalina.home，如下面窗口所示：

然后点击“Run”按钮，我们将会看到Tomcat正常启动。恭喜，咱们的Tomcat源码已经成功导入Eclipse，这时，可视化的UML分析工具及Debug工具就能派上用场了。
3.5 调试Tomcat，请打开org.apache.jasper.compiler.Compiler类的源代码，在generateJava()方法的第一行打一个断点，然后在Eclipse的调试状态下运行Tomcat，等Tomcat运行后，打开我们的浏览器，在地址栏中输入http://localhost:8080/examples/jsp/jsp2/el/basic-comparisons.jsp并回车，然后我们可观察到Eclipse此时切换至调试视图：

上面的小实验表明我们可以在Eclipse中通过Debugger观察Tomcat的内部运行机理。另外补充一点，上面的generateJava方法是将jsp动态编译至java class，这个方法只是在第一次请求或者Jsp源码发生变化时执行，如果您再次在浏览器中发送同样的请求，您将看不到上图的Debug界面，因为该方法不再执行。
另外，还有一点很有意思。Tomcat6以前版本的源代码分散在好几个子项目中，他们分别叫做jakarta-servletapi-5，jakarta-tomcat-5，jakarta-tomcat-catalina，jakarta-tomcat-connectors和jakarta-tomcat-jasper，我觉得Tomcat的开发者可能嫌这样做太麻烦了，所以Tomcat6版本中将这些子项目都合并在一起了。但是，这种做法不利于我们阅读理解源代码。