为了方便开发和部署，Spring Boot在内部启动了一个嵌入式的Web容器。我们知道Tomcat和Jetty是组件化的设计，要启动Tomcat或者Jetty其实就是启动这些组件。在Tomcat独立部署的模式下，我们通过startup脚本来启动Tomcat，Tomcat中的Bootstrap和Catalina会负责初始化类加载器，并解析server.xml和启动这些组件。

在内嵌式的模式下，Bootstrap和Catalina的工作就由Spring Boot来做了，Spring Boot调用了Tomcat和Jetty的API来启动这些组件。那Spring Boot具体是怎么做的呢？而作为程序员，我们如何向Spring Boot中的Tomcat注册Servlet或者Filter呢？我们又如何定制内嵌式的Tomcat？今天我们就来聊聊这些话题。

Spring Boot中Web容器相关的接口

既然要支持多种Web容器，Spring Boot对内嵌式Web容器进行了抽象，定义了WebServer接口：

public interface WebServer {
    void start() throws WebServerException;
    void stop() throws WebServerException;
    int getPort();
}

各种Web容器比如Tomcat和Jetty需要去实现这个接口。

Spring Boot还定义了一个工厂ServletWebServerFactory来创建Web容器，返回的对象就是上面提到的WebServer。

public interface ServletWebServerFactory {
    WebServer getWebServer(ServletContextInitializer... initializers);
}

可以看到getWebServer有个参数，类型是ServletContextInitializer。它表示ServletContext的初始化器，用于ServletContext中的一些配置：

public interface ServletContextInitializer {
    void onStartup(ServletContext servletContext) throws ServletException;
}

这里请注意，上面提到的getWebServer方法会调用ServletContextInitializer的onStartup方法，也就是说如果你想在Servlet容器启动时做一些事情，比如注册你自己的Servlet，可以实现一个ServletContextInitializer，在Web容器启动时，Spring Boot会把所有实现了ServletContextInitializer接口的类收集起来，统一调它们的onStartup方法。

为了支持对内嵌式Web容器的定制化，Spring Boot还定义了WebServerFactoryCustomizerBeanPostProcessor接口，它是一个BeanPostProcessor，它在postProcessBeforeInitialization过程中去寻找Spring容器中WebServerFactoryCustomizer类型的Bean，并依次调用WebServerFactoryCustomizer接口的customize方法做一些定制化。

public interface WebServerFactoryCustomizer<T extends WebServerFactory> {
    void customize(T factory);
}

内嵌式Web容器的创建和启动

铺垫了这些接口，我们再来看看Spring Boot是如何实例化和启动一个Web容器的。我们知道，Spring的核心是一个ApplicationContext，它的抽象实现类AbstractApplicationContext实现了著名的refresh方法，它用来新建或者刷新一个ApplicationContext，在refresh方法中会调用onRefresh方法，AbstractApplicationContext的子类可以重写这个onRefresh方法，来实现特定Context的刷新逻辑，因此ServletWebServerApplicationContext就是通过重写onRefresh方法来创建内嵌式的Web容器，具体创建过程是这样的：

@Override
protected void onRefresh() {
     super.onRefresh();
     try {
        //重写onRefresh方法，调用createWebServer创建和启动Tomcat
        createWebServer();
     }
     catch (Throwable ex) {
     }
}

//createWebServer的具体实现
private void createWebServer() {
    //这里WebServer是Spring Boot抽象出来的接口，具体实现类就是不同的Web容器
    WebServer webServer = this.webServer;
    ServletContext servletContext = this.getServletContext();
    
    //如果Web容器还没创建
    if (webServer == null && servletContext == null) {
        //通过Web容器工厂来创建
        ServletWebServerFactory factory = this.getWebServerFactory();
        //注意传入了一个"SelfInitializer"
        this.webServer = factory.getWebServer(new ServletContextInitializer[]{this.getSelfInitializer()});
        
    } else if (servletContext != null) {
        try {
            this.getSelfInitializer().onStartup(servletContext);
        } catch (ServletException var4) {
          ...
        }
    }

    this.initPropertySources();
}

再来看看getWebServer具体做了什么，以Tomcat为例，主要调用Tomcat的API去创建各种组件：

public WebServer getWebServer(ServletContextInitializer... initializers) {
    //1.实例化一个Tomcat，可以理解为Server组件。
    Tomcat tomcat = new Tomcat();
    
    //2. 创建一个临时目录
    File baseDir = this.baseDirectory != null ? this.baseDirectory : this.createTempDir("tomcat");
    tomcat.setBaseDir(baseDir.getAbsolutePath());
    
    //3.初始化各种组件
    Connector connector = new Connector(this.protocol);
    tomcat.getService().addConnector(connector);
    this.customizeConnector(connector);
    tomcat.setConnector(connector);
    tomcat.getHost().setAutoDeploy(false);
    this.configureEngine(tomcat.getEngine());
    
    //4. 创建定制版的"Context"组件。
    this.prepareContext(tomcat.getHost(), initializers);
    return this.getTomcatWebServer(tomcat);
}

你可能好奇prepareContext方法是做什么的呢？这里的Context是指Tomcat中的Context组件，为了方便控制Context组件的行为，Spring Boot定义了自己的TomcatEmbeddedContext，它扩展了Tomcat的StandardContext：

class TomcatEmbeddedContext extends StandardContext {}

注册Servlet的三种方式

1. Servlet注解

在Spring Boot启动类上加上@ServletComponentScan注解后，使用@WebServlet、@WebFilter、@WebListener标记的Servlet、Filter、Listener就可以自动注册到Servlet容器中，无需其他代码，我们通过下面的代码示例来理解一下。

@SpringBootApplication
@ServletComponentScan
public class xxxApplication
{}

@WebServlet("/hello")
public class HelloServlet extends HttpServlet {}

在Web应用的入口类上加上@ServletComponentScan，并且在Servlet类上加上@WebServlet，这样Spring Boot会负责将Servlet注册到内嵌的Tomcat中。

2. ServletRegistrationBean

同时Spring Boot也提供了ServletRegistrationBean、FilterRegistrationBean和ServletListenerRegistrationBean这三个类分别用来注册Servlet、Filter、Listener。假如要注册一个Servlet，可以这样做：

@Bean
public ServletRegistrationBean servletRegistrationBean() {
    return new ServletRegistrationBean(new HelloServlet(),"/hello");
}

这段代码实现的方法返回一个ServletRegistrationBean，并将它当作Bean注册到Spring中，因此你需要把这段代码放到Spring Boot自动扫描的目录中，或者放到@Configuration标识的类中。

3. 动态注册

你还可以创建一个类去实现前面提到的ServletContextInitializer接口，并把它注册为一个Bean，Spring Boot会负责调用这个接口的onStartup方法。

@Component
public class MyServletRegister implements ServletContextInitializer {

    @Override
    public void onStartup(ServletContext servletContext) {
    
        //Servlet 3.0规范新的API
        ServletRegistration myServlet = servletContext
                .addServlet("HelloServlet", HelloServlet.class);
                
        myServlet.addMapping("/hello");
        
        myServlet.setInitParameter("name", "Hello Servlet");
    }

}

这里请注意两点：

• ServletRegistrationBean其实也是通过ServletContextInitializer来实现的，它实现了ServletContextInitializer接口。
• 注意到onStartup方法的参数是我们熟悉的ServletContext，可以通过调用它的addServlet方法来动态注册新的Servlet，这是Servlet 3.0以后才有的功能。

Web容器的定制

我们再来考虑一个问题，那就是如何在Spring Boot中定制Web容器。在Spring Boot 2.0中，我们可以通过两种方式来定制Web容器。

第一种方式是通过通用的Web容器工厂ConfigurableServletWebServerFactory，来定制一些Web容器通用的参数：

@Component
public class MyGeneralCustomizer implements
  WebServerFactoryCustomizer<ConfigurableServletWebServerFactory> {
  
    public void customize(ConfigurableServletWebServerFactory factory) {
        factory.setPort(8081);
        factory.setContextPath("/hello");
     }
}

第二种方式是通过特定Web容器的工厂比如TomcatServletWebServerFactory来进一步定制。下面的例子里，我们给Tomcat增加一个Valve，这个Valve的功能是向请求头里添加traceid，用于分布式追踪。TraceValve的定义如下：

class TraceValve extends ValveBase {
    @Override
    public void invoke(Request request, Response response) throws IOException, ServletException {

        request.getCoyoteRequest().getMimeHeaders().
        addValue("traceid").setString("1234xxxxabcd");

        Valve next = getNext();
        if (null == next) {
            return;
        }

        next.invoke(request, response);
    }

}

跟第一种方式类似，再添加一个定制器，代码如下：

@Component
public class MyTomcatCustomizer implements
        WebServerFactoryCustomizer<TomcatServletWebServerFactory> {

    @Override
    public void customize(TomcatServletWebServerFactory factory) {
        factory.setPort(8081);
        factory.setContextPath("/hello");
        factory.addEngineValves(new TraceValve() );

    }
}

本期精华

今天我们学习了Spring Boot如何利用Web容器的API来启动Web容器、如何向Web容器注册Servlet，以及如何定制化Web容器，除了给Web容器配置参数，还可以增加或者修改Web容器本身的组件。

课后思考

我在文章中提到，通过ServletContextInitializer接口可以向Web容器注册Servlet，那ServletContextInitializer跟Tomcat中的ServletContainerInitializer有什么区别和联系呢？

不知道今天的内容你消化得如何？如果还有疑问，请大胆的在留言区提问，也欢迎你把你的课后思考和心得记录下来，与我和其他同学一起讨论。如果你觉得今天有所收获，欢迎你把它分享给你的朋友。