今天我们深入解析 Tomcat 容器模块 的核心功能——热部署和热加载。这些特性允许在不重启服务器的情况下更新 Web 应用，是现代 Web 容器的重要能力。本文将结合多个源码片段，详解 Tomcat 如何实现这两个功能，以及它们的背后机制。

一、热部署与热加载的基本原理

1. 热加载 热加载允许在运行时重新加载类文件，而不清空 Session。在开发环境中经常使用，可以提高开发效率。实现原理：

启动后台线程，定期监控类文件的变化。

如果发现变更，重新加载对应的类。

2. 热部署 热部署则是重新加载整个 Web 应用。这种方式更为彻底，但会清空 Session，因此适合生产环境。实现原理：

启动后台线程，定期监控 Web 应用的文件或目录变化。

检测到变化后，卸载旧的 Web 应用，再重新加载。

二、Tomcat 容器模块的层次结构

Tomcat 的容器模块是实现这些特性的基础。以下是 Tomcat 容器的层次结构：

• Engine 整个服务的顶层容器，表示一个完整的服务引擎。
• Host 一个 Engine 下的多个虚拟主机，每个 Host 可以有多个 Web 应用。
• Context 表示一个具体的 Web 应用。
• Wrapper 表示单个 Servlet 的封装。

热加载和热部署的实现主要集中在 Host 和 Context 容器中。

三、Tomcat 热加载实现详解

源码文件：org.apache.catalina.startup.HostConfig

Tomcat 中，HostConfig 类负责管理虚拟主机（Host）的配置和周期性任务，包括热加载和热部署。

3.1 热加载的关键逻辑

以下是 Tomcat 热加载的核心逻辑片段：

@Override
public void lifecycleEvent(LifecycleEvent event) {
    if (Lifecycle.PERIODIC_EVENT.equals(event.getType())) {
        checkResources();
    }
}

protected void checkResources() {
    for (Container child : host.findChildren()) {
        if (child instanceof Context) {
            Context context = (Context) child;
            if (context.getReloadable()) {
                if (hasChanged(context)) {
                    reloadContext(context);
                }
            }
        }
    }
}

代码解析

• 生命周期事件监听器 lifecycleEvent 方法监听 Host 容器的周期性事件（PERIODIC_EVENT）。
• 资源检查 checkResources 方法遍历 Host 下的所有子容器（即 Web 应用 Context），判断是否开启了可重新加载（getReloadable）。
• 变更检测 hasChanged(context) 方法检查 Web 应用是否有变更。通常通过监控文件的最后修改时间来实现。
• 重新加载 如果检测到变更，调用 reloadContext(context) 重新加载对应的 Context。

3.2 类文件的变更检测

以下是 hasChanged 方法的具体实现：

private boolean hasChanged(Context context) {
    WebResourceRoot resources = context.getResources();
    long lastModified = resources.getLastModified("/WEB-INF/classes");
    return lastModified > context.getStartTime();
}

代码解析

• 获取资源管理器 WebResourceRoot 是 Tomcat 的资源管理模块，用于访问 Web 应用的文件系统。
• 比较时间戳 检测 /WEB-INF/classes 文件夹的最后修改时间是否晚于 Context 的启动时间。如果是，则表示类文件发生了变更。

3.3 重新加载 Context

reloadContext 方法实现了 Context 的卸载和重新加载：

private void reloadContext(Context context) {
    try {
        context.stop();
        context.start();
    } catch (LifecycleException e) {
        log.error("Failed to reload context: " + context.getName(), e);
    }
}

代码解析

• 停止应用 调用 context.stop() 停止 Web 应用。
• 重新启动 调用 context.start() 启动 Web 应用，完成热加载。

四、Tomcat 热部署实现详解

4.1 热部署的关键逻辑

热部署与热加载类似，但需要重新加载整个 Web 应用。以下是热部署的核心逻辑：

@Override
public void lifecycleEvent(LifecycleEvent event) {
    if (Lifecycle.PERIODIC_EVENT.equals(event.getType())) {
        deployApps();
    }
}

protected void deployApps() {
    File appBase = host.getAppBaseFile();
    File[] files = appBase.listFiles();
    for (File file : files) {
        if (isNewWebApp(file)) {
            deploy(file);
        }
    }
}

代码解析

• 部署目录扫描 deployApps 方法扫描 Web 应用的基础目录（appBase），查找新的 Web 应用文件或目录。
• 新应用检测 isNewWebApp(file) 判断文件是否为新的 Web 应用（未部署或有变更）。
• 部署新应用 调用 deploy(file) 方法部署新应用。

4.2 部署 Web 应用

以下是 deploy 方法的实现：

private void deploy(File file) {
    try {
        Context context = host.createContext(file.getName(), file.getPath());
        host.addChild(context);
        context.start();
    } catch (Exception e) {
        log.error("Failed to deploy webapp: " + file.getName(), e);
    }
}

代码解析

1. 创建 Context 调用 host.createContext 为新的 Web 应用创建 Context 实例。
2. 添加到 Host 调用 host.addChild 将 Context 添加到 Host 容器。
3. 启动应用 调用 context.start() 启动新应用，完成热部署。

五、类加载机制的支持

热加载和热部署都依赖于 Tomcat 的 类加载机制。Tomcat 使用了一种分层的类加载器架构，保证类的隔离和动态加载。

5.1 Tomcat 类加载器架构

1. Bootstrap ClassLoader 加载 JDK 的核心类库（如 rt.jar）。
2. System ClassLoader 加载 Tomcat 的核心类（如 catalina.jar）。
3. WebApp ClassLoader 每个 Web 应用都有独立的类加载器，加载 /WEB-INF/classes 和 /WEB-INF/lib 下的类和依赖。

六、Spring Boot 与 Tomcat 的交互

Spring Boot 的嵌入式 Tomcat 通过 TomcatEmbeddedServletContainerFactory 集成了 Tomcat 容器，并提供了热部署支持。

以下是一个简单示例：

@Bean
public TomcatServletWebServerFactory tomcatFactory() {
    TomcatServletWebServerFactory factory = new TomcatServletWebServerFactory();
    factory.addConnectorCustomizers(connector -> {
        connector.setProperty("relaxedQueryChars", "|{}[]");
    });
    return factory;
}

七、总结

热加载与热部署的对比

Tomcat 的热加载和热部署通过后台线程和生命周期事件实现了动态更新，类加载机制则为其提供了底层支持。在实际工作中，可以根据需求选择适合的策略。