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29 | 比较：Jetty如何实现具有上下文信息的责任链？

我们知道Tomcat和Jetty的核心功能是处理请求，并且请求的处理者不止一个，因此Tomcat和Jetty都实现了责任链模式，其中Tomcat是通过Pipeline-Valve来实现的，而Jetty是通过HandlerWrapper来实现的。HandlerWrapper中保存了下一个Handler的引用，将各Handler组成一个链表，像下面这样：

WebAppContext -> SessionHandler -> SecurityHandler -> ServletHandler

这样链中的Handler从头到尾能被依次调用，除此之外，Jetty还实现了“回溯”的链式调用，那就是从头到尾依次链式调用Handler的方法A，完成后再回到头节点，再进行一次链式调用，只不过这一次调用另一个方法B。你可能会问，一次链式调用不就够了吗，为什么还要回过头再调一次呢？这是因为一次请求到达时，Jetty需要先调用各Handler的初始化方法，之后再调用各Handler的请求处理方法，并且初始化必须在请求处理之前完成。

而Jetty是通过ScopedHandler来做到这一点的，那ScopedHandler跟HandlerWrapper有什么关系呢？ScopedHandler是HandlerWrapper的子类，我们还是通过一张图来回顾一下各种Handler的继承关系：

从图上我们看到，ScopedHandler是Jetty非常核心的一个Handler，跟Servlet规范相关的Handler，比如ContextHandler、SessionHandler、ServletHandler、WebappContext等都直接或间接地继承了ScopedHandler。

今天我就分析一下ScopedHandler是如何实现“回溯”的链式调用的。

HandlerWrapper

为了方便理解，我们先来回顾一下HandlerWrapper的源码：

public class HandlerWrapper extends AbstractHandlerContainer
{
   protected Handler _handler;
   
   @Override
    public void handle(String target, 
                       Request baseRequest, 
                       HttpServletRequest request, 
                       HttpServletResponse response) 
                       throws IOException, ServletException
    {
        Handler handler=_handler;
        if (handler!=null)
            handler.handle(target,baseRequest, request, response);
    }
}

从代码可以看到它持有下一个Handler的引用，并且会在handle方法里调用下一个Handler。

ScopedHandler

ScopedHandler的父类是HandlerWrapper，ScopedHandler重写了handle方法，在HandlerWrapper的handle方法的基础上引入了doScope方法。

public final void handle(String target, 
                         Request baseRequest, 
                         HttpServletRequest request,
                         HttpServletResponse response) 
                         throws IOException, ServletException
{
    if (isStarted())
    {
        if (_outerScope==null)
            doScope(target,baseRequest,request, response);
        else
            doHandle(target,baseRequest,request, response);
    }
}

上面的代码中是根据_outerScope是否为null来判断是使用doScope还是doHandle方法。那_outScope又是什么呢？_outScope是ScopedHandler引入的一个辅助变量，此外还有一个_nextScope变量。

protected ScopedHandler _outerScope;
protected ScopedHandler _nextScope;

private static final ThreadLocal<ScopedHandler> __outerScope= new ThreadLocal<ScopedHandler>();

我们看到__outerScope是一个ThreadLocal变量，ThreadLocal表示线程的私有数据，跟特定线程绑定。需要注意的是__outerScope实际上保存了一个ScopedHandler。

下面通过我通过一个例子来说明_outScope和_nextScope的含义。我们知道ScopedHandler继承自HandlerWrapper，所以也是可以形成Handler链的，Jetty的源码注释中给出了下面这样一个例子：

ScopedHandler scopedA;
ScopedHandler scopedB;
HandlerWrapper wrapperX;
ScopedHandler scopedC;

scopedA.setHandler(scopedB);
scopedB.setHandler(wrapperX);
wrapperX.setHandler(scopedC)

经过上面的设置之后，形成的Handler链是这样的：

上面的过程只是设置了_handler变量，那_outScope和_nextScope需要设置成什么样呢？为了方便你理解，我们先来看最后的效果图：

从上图我们看到：scopedA的_nextScope=scopedB，scopedB的_nextScope=scopedC，为什么scopedB的_nextScope不是WrapperX呢，因为WrapperX不是一个ScopedHandler。scopedC的_nextScope是null（因为它是链尾，没有下一个节点）。因此我们得出一个结论：_nextScope指向下一个Scoped节点的引用，由于WrapperX不是Scoped节点，它没有_outScope和_nextScope变量。

注意到scopedA的_outerScope是null，scopedB和scopedC的_outScope都是指向scopedA，即_outScope指向的是当前Handler链的头节点，头节点本身_outScope为null。

弄清楚了_outScope和_nextScope的含义，下一个问题就是对于一个ScopedHandler对象如何设置这两个值以及在何时设置这两个值。答案是在组件启动的时候，下面是ScopedHandler中的doStart方法源码：

@Override
protected void doStart() throws Exception
{
    try
    {
        //请注意_outScope是一个实例变量，而__outerScope是一个全局变量。先读取全局的线程私有变量__outerScope到_outerScope中
 _outerScope=__outerScope.get();
 
        //如果全局的__outerScope还没有被赋值，说明执行doStart方法的是头节点
        if (_outerScope==null)
            //handler链的头节点将自己的引用填充到__outerScope
            __outerScope.set(this);

        //调用父类HandlerWrapper的doStart方法
        super.doStart();
        //各Handler将自己的_nextScope指向下一个ScopedHandler
        _nextScope= getChildHandlerByClass(ScopedHandler.class);
    }
    finally
    {
        if (_outerScope==null)
            __outerScope.set(null);
    }
}

你可能会问，为什么要设计这样一个全局的__outerScope，这是因为这个变量不能通过方法参数在Handler链中进行传递，但是在形成链的过程中又需要用到它。

你可以想象，当scopedA调用start方法时，会把自己填充到__scopeHandler中，接着scopedA调用super.doStart。由于scopedA是一个HandlerWrapper类型，并且它持有的_handler引用指向的是scopedB，所以super.doStart实际上会调用scopedB的start方法。

这个方法里同样会执行scopedB的doStart方法，不过这次__outerScope.get方法返回的不是null而是scopedA的引用，所以scopedB的_outScope被设置为scopedA。

接着super.dostart会进入到scopedC，也会将scopedC的_outScope指向scopedA。到了scopedC执行doStart方法时，它的_handler属性为null（因为它是Handler链的最后一个），所以它的super.doStart会直接返回。接着继续执行scopedC的doStart方法的下一行代码：

_nextScope=(ScopedHandler)getChildHandlerByClass(ScopedHandler.class)

对于HandlerWrapper来说getChildHandlerByClass返回的就是其包装的_handler对象，这里返回的就是null。所以scopedC的_nextScope为null，这段方法结束返回后继续执行scopedB中的doStart中，同样执行这句代码：

_nextScope=(ScopedHandler)getChildHandlerByClass(ScopedHandler.class)

因为scopedB的_handler引用指向的是scopedC，所以getChildHandlerByClass返回的结果就是scopedC的引用，即scopedB的_nextScope指向scopedC。

同理scopedA的_nextScope会指向scopedB。scopedA的doStart方法返回之后，其_outScope为null。请注意执行到这里只有scopedA的_outScope为null，所以doStart中finally部分的逻辑被触发，这个线程的ThreadLocal变量又被设置为null。

finally
{
    if (_outerScope==null)
        __outerScope.set(null);
}

你可能会问，费这么大劲设置_outScope和_nextScope的值到底有什么用？如果你觉得上面的过程比较复杂，可以跳过这个过程，直接通过图来理解_outScope和_nextScope的值，而这样设置的目的是用来控制doScope方法和doHandle方法的调用顺序。

实际上在ScopedHandler中对于doScope和doHandle方法是没有具体实现的，但是提供了nextHandle和nextScope两个方法，下面是它们的源码：

public void doScope(String target, 
                    Request baseRequest, 
                    HttpServletRequest request, 
                    HttpServletResponse response)
       throws IOException, ServletException
{
    nextScope(target,baseRequest,request,response);
}

public final void nextScope(String target, 
                            Request baseRequest, 
                            HttpServletRequest request,
                            HttpServletResponse response)
                            throws IOException, ServletException
{
    if (_nextScope!=null)
        _nextScope.doScope(target,baseRequest,request, response);
    else if (_outerScope!=null)
        _outerScope.doHandle(target,baseRequest,request, response);
    else
        doHandle(target,baseRequest,request, response);
}

public abstract void doHandle(String target, 
                              Request baseRequest, 
                              HttpServletRequest request,
                              HttpServletResponse response)
       throws IOException, ServletException;
       

public final void nextHandle(String target, 
                             final Request baseRequest,
                             HttpServletRequest request,
                             HttpServletResponse response) 
       throws IOException, ServletException
{
    if (_nextScope!=null && _nextScope==_handler)
        _nextScope.doHandle(target,baseRequest,request, response);
    else if (_handler!=null)
        super.handle(target,baseRequest,request,response);
}

从nextHandle和nextScope方法大致上可以猜到doScope和doHandle的调用流程。我通过一个调用栈来帮助你理解：

A.handle(...)
    A.doScope(...)
      B.doScope(...)
        C.doScope(...)
          A.doHandle(...)
            B.doHandle(...)
              X.handle(...)
                C.handle(...)
                  C.doHandle(...)

因此通过设置_outScope和_nextScope的值，并且在代码中判断这些值并采取相应的动作，目的就是让ScopedHandler链上的doScope方法在doHandle、handle方法之前执行。并且不同ScopedHandler的doScope都是按照它在链上的先后顺序执行的，doHandle和handle方法也是如此。

这样ScopedHandler帮我们把调用框架搭好了，它的子类只需要实现doScope和doHandle方法。比如在doScope方法里做一些初始化工作，在doHanlde方法处理请求。

ContextHandler

接下来我们来看看ScopedHandler的子类ContextHandler是如何实现doScope和doHandle方法的。ContextHandler可以理解为Tomcat中的Context组件，对应一个Web应用，它的功能是给Servlet的执行维护一个上下文环境，并且将请求转发到相应的Servlet。那什么是Servlet执行的上下文？我们通过ContextHandler的构造函数来了解一下：

private ContextHandler(Context context, HandlerContainer parent, String contextPath)
{
    //_scontext就是Servlet规范中的ServletContext
    _scontext = context == null?new Context():context;
  
    //Web应用的初始化参数
    _initParams = new HashMap<String, String>();
    ...
}

我们看到ContextHandler维护了ServletContext和Web应用的初始化参数。那ContextHandler的doScope方法做了些什么呢？我们看看它的关键代码：

public void doScope(String target, Request baseRequest, HttpServletRequest request, HttpServletResponse response) throws IOException, ServletException
{
  ...
    //1.修正请求的URL，去掉多余的'/'，或者加上'/'
    if (_compactPath)
        target = URIUtil.compactPath(target);
    if (!checkContext(target,baseRequest,response))
        return;
    if (target.length() > _contextPath.length())
    {
        if (_contextPath.length() > 1)
            target = target.substring(_contextPath.length());
        pathInfo = target;
    }
    else if (_contextPath.length() == 1)
    {
        target = URIUtil.SLASH;
        pathInfo = URIUtil.SLASH;
    }
    else
    {
        target = URIUtil.SLASH;
        pathInfo = null;
    }

  //2.设置当前Web应用的类加载器
  if (_classLoader != null)
  {
      current_thread = Thread.currentThread();
      old_classloader = current_thread.getContextClassLoader();
      current_thread.setContextClassLoader(_classLoader);
  }
  
  //3. 调用nextScope
  nextScope(target,baseRequest,request,response);
  
  ...
}

从代码我们看到在doScope方法里主要是做了一些请求的修正、类加载器的设置，并调用nextScope，请你注意nextScope调用是由父类ScopedHandler实现的。接着我们来ContextHandler的doHandle方法：

public void doHandle(String target, Request baseRequest, HttpServletRequest request, HttpServletResponse response) throws IOException, ServletException
{
    final DispatcherType dispatch = baseRequest.getDispatcherType();
    final boolean new_context = baseRequest.takeNewContext();
    try
    {
         //请求的初始化工作,主要是为请求添加ServletRequestAttributeListener监听器,并将"开始处理一个新请求"这个事件通知ServletRequestListener
        if (new_context)
            requestInitialized(baseRequest,request);

        ...
 
        //继续调用下一个Handler，下一个Handler可能是ServletHandler、SessionHandler ...
        nextHandle(target,baseRequest,request,response);
    }
    finally
    {
        //同样一个Servlet请求处理完毕，也要通知相应的监听器
        if (new_context)
            requestDestroyed(baseRequest,request);
    }
}

从上面的代码我们看到ContextHandler在doHandle方法里分别完成了相应的请求处理工作。

本期精华

今天我们分析了Jetty中ScopedHandler的实现原理，剖析了如何实现链式调用的“回溯”。主要是确定了doScope和doHandle的调用顺序，doScope依次调用完以后，再依次调用doHandle，它的子类比如ContextHandler只需要实现doScope和doHandle方法，而不需要关心它们被调用的顺序。

这背后的原理是，ScopedHandler通过递归的方式来设置_outScope和_nextScope两个变量，然后通过判断这些值来控制调用的顺序。递归是计算机编程的一个重要的概念，在各种面试题中也经常出现，如果你能读懂Jetty中的这部分代码，毫无疑问你已经掌握了递归的精髓。

另外我们进行层层递归调用中需要用到一些变量，比如ScopedHandler中的__outerScope，它保存了Handler链中的头节点，但是它不是递归方法的参数，那参数怎么传递过去呢？一种可能的办法是设置一个全局变量，各Handler都能访问到这个变量。但这样会有线程安全的问题，因此ScopedHandler通过线程私有数据ThreadLocal来保存变量，这样既达到了传递变量的目的，又没有线程安全的问题。

课后思考

ScopedHandler的doStart方法，最后一步是将线程私有变量__outerScope设置成null，为什么需要这样做呢？

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。

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