Tomcat Catalina为什么不new出来原理解析

Tomcat 是一个开源的Servlet容器，用于实现Java Servlet和JavaServer Pages (JSP)。其核心组件是Catalina，它是一个基于Java编写的Web容器，主要负责HTTP请求的接收、转发和响应，同时还提供了JSP的编译和执行功能。在Tomcat应用程序中，我们通常看不到Catalina类的实例化过程，因此很多人会好奇Catalina为什么不需要使用 new 关键字进行实例化。本文将深入分析Catalina的实现原理，解答此疑问。

Catalina 的单例模式

在Tomcat应用程序中，Catalina类是单例模式的。单例模式指的是一个类只能有一个实例，且该实例由该类自行创建并对外提供访问。在Tomcat启动的过程中，Catalina的实例化过程就是这样的：首先在Bootstrap类中通过反射调用Catalina的 main 方法，即执行下面的代码：

Class<?> startupClass = Class.forName("org.apache.catalina.startup.Catalina");
Method startMethod = startupClass.getMethod("main", String[].class);
startMethod.invoke(null, (Object) new String[0]);

在Catalina的 main 方法中，会通过调用 initialize 方法来初始化Catalina的实例。initialize 方法的实现代码如下：

protected void initialize() throws LifecycleException {

    if (initialized)
        throw new LifecycleException(sm.getString("catalina.alreadyInitialized"));
    this.initialized = true;

    // 更改全局编码格式
    if (System.getSecurityManager() != null) {
        PrivilegedAction<Void> pa = new PrivilegedSetTccl
                (getClass().getClassLoader());
        AccessController.doPrivileged(pa);
    } else {
        Thread.currentThread().setContextClassLoader(getClass().getClassLoader());
    }

    // 创建Catalina的实例
    // ...

}

可以看到，initialize 方法中创建了 Catalina 的实例，并将 initialized 标志设置为 true。此后、在应用程序的其它地方，都可以通过调用Catalina类的实例来访问它的方法和属性。

示例说明

为加深理解，下面通过两条实例说明来展示Catalina单例模式的使用方法和效果。

示例一

在一个简单的web应用程序中，我们可以通过以下代码获取Catalina实例：

Catalina catalina = Catalina.getInstance();

在上述代码中，Catalina.getInstance()方法返回Catalina的实例，通过该实例就可以调用Catalina的各个方法和属性。在单例模式的实现中，getInstance()方法通常是这样的：

private static volatile Catalina instance;
private static Object lock = new Object();
public static Catalina getInstance() {
    if (instance == null) {
        synchronized (lock) {
            if (instance == null) {
                instance = new Catalina();
            }
        }
    }
    return instance;
}

使用双重检查加锁的方式确保线程安全。当第一个线程访问getInstance方法时，首先执行到if(instance == null)这一行，根据双重检查加锁的方式，需要让第一个线程进入synchronized块。进入synchronized块后，实例化对象的过程中也需要判断instance是否为null。因此，双重检查加锁能够提高getInstance方法的性能。

示例二

在一个比较复杂的web应用程序中，我们可以通过直接获取 Server 对象来获取Catalina实例：

Server server = Tomcat.getInstance().getServer();
Catalina catalina = (Catalina) server;

在上面的代码中，因为Catalina实例是Server对象的一个属性，所以我们可以通过Server对象来获取它。这种方式也可以很好地利用Tomcat中的单例模式。

总结

总的来说，Catalina作为Tomcat应用程序的核心组件，单例模式的使用使得它的实例化过程被封装在应用程序内部，无需使用者显式地调用new关键字进行实例化，从而简化了应用程序的开发过程。Catalina的单例模式实现代码如下：

public class Catalina extends LifecycleBase implements ServletContainer {
    ...
    private static final Catalina catalina = new Catalina();
    ...
    public static Catalina getInstance() {
        return catalina;
    }
    ...
}

这里通过一个静态成员变量 catalina 来存储Catalina的实例，getInstance 方法直接返回该成员变量即可。