Tomcat 系統架構與原理剖析

1）瀏覽器訪問伺服器的流程

2）Tomcat 系統總體架構

HTTP 伺服器接收到請求之後把請求交給Servlet容器來處理，Servlet 容器通過Servlet接⼝調⽤業務類。Servlet接⼝和Servlet容器這⼀整套內容叫作Servlet規範。

注意：Tomcat既按照Servlet規範的要求去實現了Servlet容器，同時它也具有HTTP伺服器的功能。Tomcat的兩個重要身份：是一個http伺服器，也是⼀個Servlet容器。

3）Tomcat Servlet容器處理流程，當⽤戶請求某個URL資源時

1）HTTP伺服器會把請求資訊使⽤ServletRequest物件封裝起來

2）進⼀步去調⽤Servlet容器中某個具體的Servlet

3）在 2）中，Servlet容器拿到請求後，根據URL和Servlet的對映關係，找到相應的Servlet

4）如果Servlet還沒有被載入，就⽤反射機制建立這個Servlet，並調⽤Servlet的init⽅法來完成初始化

5）接著調⽤這個具體Servlet的service⽅法來處理請求，請求處理結果使⽤ServletResponse物件封裝

6）把ServletResponse物件返回給HTTP伺服器，HTTP伺服器會把響應傳送給客戶端

4）Tomcat 系統總體架構

Tomcat 設計了兩個核⼼元件聯結器（Connector）和容器（Container）來完成 Tomcat 的兩⼤核⼼功能。聯結器，負責對外交流： 處理Socket連線，負責⽹絡位元組流與Request和Response物件的轉化；

容器，負責內部處理：載入和管理Servlet，以及具體處理Request請求；

Tomcat 聯結器元件 Coyote 簡介：Coyote 是Tomcat 中聯結器的元件名稱 , 是對外的接⼝。客戶端通過Coyote與伺服器建⽴連線、傳送請求並接受響應 。

（1）Coyote 封裝了底層的⽹絡通訊（Socket 請求及響應處理）

（2）Coyote 使Catalina 容器（容器元件）與具體的請求協議及IO操作⽅式完全解耦

（3）Coyote 將Socket 輸⼊轉換封裝為 Request 物件，進⼀步封裝後交由Catalina 容器進⾏處理，處理請求完成後, Catalina 通過Coyote 提供的Response 物件將結果寫⼊輸出流

（4）Coyote 負責的是具體協議（應⽤層）和IO（傳輸層）相關內容

5）Tomcat Servlet 容器 Catalina

Tomcat是⼀個由⼀系列可配置（conf/server.xml）的元件構成的Web容器，⽽Catalina是Tomcat的servlet容器。從另⼀個⻆度來說，Tomcat 本質上就是⼀款 Servlet 容器， 因為 Catalina 才是 Tomcat 的核⼼ ， 其他模組都是為Catalina 提供⽀撐的。 ⽐如 ： 通過 Coyote 模組提供連結通訊，Jasper 模組提供 JSP 引擎，Naming 提供JNDI 服務，Juli 提供⽇志服務。

Servlet 容器 Catalina 的結構Tomcat（我們往往有⼀個認識，Tomcat就是⼀個Catalina的例項，因為Catalina是Tomcat的核⼼）

其實，可以認為整個Tomcat就是⼀個Catalina例項，Tomcat 啟動的時候會初始化這個例項，Catalina例項通過載入server.xml完成其他例項的建立，建立並管理⼀個Server，Server建立並管理多個服務，每個服務⼜可以有多個Connector和⼀個Container。

⼀個Catalina例項（容器）⼀個 Server例項（容器）多個Service例項（容器）每⼀個Service例項下可以有多個Connector例項和⼀個Container例項。

Catalina：負責解析Tomcat的配置⽂件（server.xml） , 以此來建立伺服器Server元件並進⾏管理

Server：伺服器表示整個Catalina Servlet容器以及其它元件，負責組裝並啟動Servlaet引擎,Tomcat聯結器。Server通過實現Lifecycle接⼝，提供了⼀種優雅的啟動和關閉整個系統的⽅式

Service：服務是Server內部的元件，⼀個Server包含多個Service。它將若⼲個Connector元件繫結到⼀個

Container：Container容器，負責處理⽤戶的servlet請求，並返回物件給web⽤戶的模組

Container 元件的具體結構

Container元件下有⼏種具體的元件，分別是Engine、Host、Context和Wrapper。這4種元件（容器）是⽗⼦關係。Tomcat通過⼀種分層的架構，使得Servlet容器具有很好的靈活性。

Engine表示整個Catalina的Servlet引擎，⽤來管理多個虛擬站點，⼀個Service最多隻能有⼀個Engine，但是⼀個引擎可包含多個Host

Host代表⼀個虛擬主機，或者說⼀個站點，可以給Tomcat配置多個虛擬主機地址，⽽⼀個虛擬主機下可包含多個Context

Context表示⼀個Web應⽤程式， ⼀個Web應⽤可包含多個Wrapper

Wrapper表示⼀個Servlet，Wrapper 作為容器中的最底層，不能包含⼦容器上述元件的配置其實就體現在conf/server.xml中。

Tomcat 伺服器核⼼配置詳解

主要標籤結構如下：

<!--Server 根元素，建立⼀個Server例項，⼦標籤有 Listener、GlobalNamingResources、Service-->
<Server>
　　<!--定義監聽器-->
　　<Listener/>
　　<!--定義伺服器的全域性JNDI資源 -->
　　<GlobalNamingResources/>
　　<!--定義⼀個Service服務，⼀個Server標籤可以有多個Service服務例項-->
　　<Service/>
</Server>

Server 標籤

<!--port：關閉伺服器的監聽端⼝ shutdown：關閉伺服器的指令字串-->
<Server port="8005" shutdown="SHUTDOWN">
　　<!-- 以⽇志形式輸出伺服器 、作業系統、JVM的版本資訊 -->
　　<Listener className="org.apache.catalina.startup.VersionLoggerListener" />
　　<!-- Security listener. Documentation at /docs/config/listeners.html <Listener className="org.apache.catalina.security.SecurityListener" />-->
　　<!--APR library loader. Documentation at /docs/apr.html -->
　　<!-- 載入（伺服器啟動） 和 銷燬 （伺服器停⽌） APR。 如果找不到APR庫， 則會輸出⽇志， 並不影響 Tomcat啟動 -->
　　<Listener className="org.apache.catalina.core.AprLifecycleListener" SSLEngine="on" />
　　<!-- Prevent memory leaks due to use of particular java/javax APIs-->
　　<!-- 避免JRE記憶體洩漏問題 -->
　　<Listener className="org.apache.catalina.core.JreMemoryLeakPreventionListener" />
　　<!-- 載入（伺服器啟動） 和 銷燬（伺服器停⽌） 全域性命名服務 -->
　　<Listener className="org.apache.catalina.mbeans.GlobalResourcesLifecycleListener" />
　　<!-- 在Context停⽌時重建 Executor 池中的執行緒， 以避免ThreadLocal 相關的記憶體洩漏 -->
　　Service 標籤
　　Executor 標籤
　　<Listener className="org.apache.catalina.core.ThreadLocalLeakPreventionListener" />
　　<!-- Global JNDI resources Documentation at /docs/jndi-resources-howto.html GlobalNamingResources 中定義了全域性命名服務-->
　　<GlobalNamingResources>
　　<!-- Editable user database that can also be used by UserDatabaseRealm to authenticate users-->
　　　　<Resource name="UserDatabase" auth="Container" type="org.apache.catalina.UserDatabase" description="User database that can be updated and saved" factory="org.apache.catalina.users.MemoryUserDatabaseFactory" pathname="conf/tomcat-users.xml" />
　　</GlobalNamingResources>
　　<!-- A "Service" is a collection of one or more "Connectors" that share a single "Container" Note: A "Service" is not itself a "Container", so you may not define subcomponents such as "Valves" at this level. Documentation at /docs/config/service.html-->
　　<Service name="Catalina">
　　　　...
　　</Service>
</Server>

Service 標籤

<!--該標籤⽤於建立 Service 例項，預設使⽤ org.apache.catalina.core.StandardService。預設情況下，Tomcat 僅指定了Service 的名稱， 值為 "Catalina"。Service ⼦標籤為 ： Listener、Executor、Connector、Engine，其中：Listener ⽤於為Service新增⽣命週期監聽器，Executor ⽤於配置Service 共享執行緒池，Connector ⽤於配置Service 包含的連結器，Engine ⽤於配置Service中連結器對應的Servlet 容器引擎-->
<Service name="Catalina">
...
</Service>

Executor 標籤

<!--Connector 標籤Connector 標籤⽤於建立連結器例項預設情況下，server.xml 配置了兩個連結器，⼀個⽀持HTTP協議，⼀個⽀持AJP協議⼤多數情況下，我們並不需要新增連結器配置，只是根據需要對已有連結器進⾏優化預設情況下，Service 並未新增共享執行緒池配置。 如果我們想新增⼀個執行緒池， 可以在<Service> 下新增如下配置：name：執行緒池名稱，⽤於 Connector中指定namePrefix：所建立的每個執行緒的名稱字首，⼀個單獨的執行緒名稱為
namePrefix+threadNumber maxThreads：池中最⼤執行緒數 minSpareThreads：活躍執行緒數，也就是核⼼池執行緒數，這些執行緒不會被銷燬，會⼀直存在 maxIdleTime：執行緒空閒時間，超過該時間後，空閒執行緒會被銷燬，預設值為6000（1分鐘），單位毫秒 maxQueueSize：在被執⾏前最⼤執行緒排隊數⽬，預設為Int的最⼤值，也就是⼴義的⽆限。除⾮特殊情況，這個值 不需要更改，否則會有請求不會被處理的情況發⽣
prestartminSpareThreads：啟動執行緒池時是否啟動 minSpareThreads部分執行緒。預設值為false，即不啟動 threadPriority：執行緒池中執行緒優先順序，預設值為5，值從1到10
className：執行緒池實現類，未指定情況下，預設實現類為 org.apache.catalina.core.StandardThreadExecutor。如果想使⽤⾃定義執行緒池⾸先需要實現org.apache.catalina.Executor接⼝-->
<Executor name="commonThreadPool" namePrefix="thread-exec-" maxThreads="200" minSpareThreads="100" maxIdleTime="60000" maxQueueSize="Integer.MAX_VALUE"
prestartminSpareThreads="false" threadPriority="5" className="org.apache.catalina.core.StandardThreadExecutor"/>

Connector 標籤Connector 標籤⽤於建立連結器例項。預設情況下，server.xml 配置了兩個連結器，⼀個⽀持HTTP協議，⼀個⽀持AJP協議⼤多數情況下，我們並不需要新增連結器配置，只是根據需要對已有連結器進⾏優化

<!--port：端⼝號，Connector ⽤於建立服務端Socket 並進⾏監聽， 以等待客戶端請求連結。如果該屬性設定為0， Tomcat將會隨機選擇⼀個可⽤的端⼝號給當前Connector 使⽤
protocol：當前Connector ⽀持的訪問協議。 預設為 HTTP/1.1 ， 並採⽤⾃動切換機制選擇⼀個基於 JAVA NIO 的連結器或者基於本地APR的連結器（根據本地是否含有Tomcat的本地庫判定）
connectionTimeOut:Connector 接收連結後的等待超時時間， 單位為 毫秒。 -1 表示不超時。redirectPort：當前Connector 不⽀持SSL請求， 接收到了⼀個請求， 並且也符合security-constraint 約束，
需要SSL傳輸，Catalina⾃動將請求重定向到指定的端⼝。
executor：指定共享執行緒池的名稱， 也可以通過maxThreads、minSpareThreads 等屬性配置內部執行緒池。可以使⽤共享執行緒池Engine 標籤 Engine 表示 Servlet 引擎 Host 標籤 Host 標籤⽤於配置⼀個虛擬主機
URIEncoding:⽤於指定編碼URI的字元編碼， Tomcat8.x版本預設的編碼為 UTF-8 , Tomcat7.x版本預設為ISO-8859-1-->
<!--org.apache.coyote.http11.Http11NioProtocol ， ⾮阻塞式 Java NIO 連結器-->
<Connector port="8080" protocol="HTTP/1.1" connectionTimeout="20000" redirectPort="8443" />
<Connector port="8009" protocol="AJP/1.3" redirectPort="8443" />

可以使⽤共享執行緒池

<Connector port="8080" protocol="HTTP/1.1" executor="commonThreadPool" maxThreads="1000" minSpareThreads="100" acceptCount="1000" maxConnections="1000" connectionTimeout="20000" compression="on" compressionMinSize="2048" disableUploadTimeout="true" redirectPort="8443" URIEncoding="UTF-8" />

Engine 標籤Engine 表示 Servlet 引擎

<!--name： ⽤於指定Engine 的名稱， 預設為CatalinadefaultHost：預設使⽤的虛擬主機名稱， 當客戶端請求指向的主機⽆效時， 將交由預設的虛擬主機處理， 預設為localhost-->
<Engine name="Catalina" defaultHost="localhost">
...
</Engine>

Host 標籤Host 標籤⽤於配置⼀個虛擬主機

<Host name="localhost" appBase="webapps" unpackWARs="true" autoDeploy="true">
...
</Host>

Context 標籤Context 標籤⽤於配置⼀個Web應⽤，如下：

<Host name="www.abc.com" appBase="webapps" unpackWARs="true" autoDeploy="true">
　　<!--docBase：Web應⽤⽬錄或者War包的部署路徑。可以是絕對路徑，也可以是相對於 Host appBase的相對路徑。path：Web應⽤的Context 路徑。如果我們Host名為localhost， 則該web應⽤訪問的根路徑為：
http://localhost:8080/web_demo。-->
　　<Context docBase="/Users/yingdian/web_demo" path="/web3"></Context>
　　<Valve className="org.apache.catalina.valves.AccessLogValve" directory="logs" prefix="localhost_access_log" suffix=".txt" pattern="%h %l %u %t &quot;%r&quot; %s %b" />
</Host>