Tomcat系统架构和原理

1. Tomcat系统架构

Tomcat最顶层的容器是Server，代表整个服务器。从结构图中可以看到，一个Server包含至少一个Service，用于提供服务。

Service主要包含两部分：Connector和Container。一个Service可以包含多个Connector和一个Container。

Connector用于处理网络连接部分，负责Socket字节流中Request和Response的转化。包含三个组件：Endpoint、Processor、Adapter。

Endpoint处理Socket网络连接，用来实现TCP/IP协议

Processor处理HTTP协议

Adaptor用于将请求适配到Servlet进行具体请求

Container是容器。用于封装和管理Servlet以及具体处理Request请求。包含四个组件：Engine、Host、Context、Wrapper。

Engine用来管理多个站点。一个Service最多只有一个Engine

Host代表一个站点，也叫虚拟主机，通过Host可以配置虚拟主机，可以配置多个

Context代表一个应用，可以有多个

Wrapper封装了一个Servlet，可以有多个

1.1 Tomcat Servlet容器请求流程

当用户请求某个URL资源时

  1. HTTP服务器会把请求信息使用ServletRequest对象封装起来
  2. 进一步去调用Servlet容器中某个具体的Servlet
  3. 在 2中，Servlet容器拿到请求后，根据URL和Servlet的映射关系，找到相应的Servlet
  4. 如果Servlet还没有被加载，就用反射机制创建这个Servlet，并调用Servlet的init方法来完成初始化
  5. 接着调用这个具体Servlet的service方法来处理请求，请求处理结果使用ServletResponse对象封装
  6. 把ServletResponse对象返回给HTTP服务器，HTTP服务器会把响应发送给客户端

1.2 Tomcat系统总体架构

Tomcat设计两个核心组件连接器（Connector）和容器（Container）来完成Tomcat的两大核心功能。

连接器，负责对外交流：处理Socket连接，负责网络字节流Request和Response对象的转化

容器，负责内部处理：加载和管理Servlet，以及具体处理Request请求

1.3 Tomcat连接器组件Coyote
  1. Coyote简介
    Coyote是Tomcat中连接器的组件名称，对外接口。客户端通过Coyote和服务器建立连接、发送请求并接受响应。负责应用层和传输层相关内容。支持HTTP/AJP协议和NIO/APR等IO模型。
  2. Coyote内部组件和流程
    EndPoint：通信监听端口，具体Socket接收和发送处理器，实现了TCP/IP 协议
    Processor：接收来自EndPoint的Socket，读取字节流解析成Tomcat Request和Response对象，通过Adapter提交到容器，实现了HTTP协议。
    ProtocolHandler：实现针对具体协议的处理能力
    Adapter：连接器调用Adapter的Service方法，传入Tomcat的Request对象，Adapter负责将Request转成Servlet Request，再调用容器

1.4 Tomcat Servlet容器Catalina
  1. Tomcat分层结构图和Catalina位置
    Tomcat是由一系列配置文件(conf/server.xml)组件组成的容器，Catalina是Tomcat的核心
    本质上Tomcat是Servlet容器。

image.png

  1. Servlet容器中Catalina结构
    整个Tomcat就是一个Catalina实例，Tomcat 启动的时候会初始化这个实例，Catalina 实例通过加载server.xml完成其他实例的创建，创建并管理一个Server，Server创建并管理多个服务， 每个服务又可以有多个Connector和一个Container。每一个Service实例下有多个Connector和一个Container实例。
    • Catalina
      解析Tomcat配置文件(server.xml)
    • Server
      表示整个Servlet容器和其他组件，实现Lifecycle接口，提供优雅的启动和关闭系统方式
    • Service
      是Server内部组件，一个Server包含多个Service。它将若干个Connector组件绑定到一个Container
    • Container
      容器，负责处理用户的servlet请求，返回对象给web用户的模块
  2. Container组件具体结构
    • Engine
      用来管理多个虚拟站点，一个Service最多一个Engine，但一个引擎可以包含多个Host
    • Host
      一个虚拟主机，一个Tomcat可以配置多个虚拟主机地址，一个虚拟主机下可包含多个Context
    • Context
      一个Web应用程序，可以包含多个Wapper
    • Wrapper
      一个Servlet,不能包含子容器

2. Tomcat核心配置

  1. 在Tomcat目录下conf/server.xml下配置
  3. 主要标签如下
  5. ```xml
  7. <!--
  8. Server 根元素，创建一个Server实例，子标签有 Listener、GlobalNamingResources、
  9. Service --> 
  10. <Server>
  11. <!--定义监听器-->
  12. <Listener/> <!--定义服务器的全局JNDI资源 --> <GlobalNamingResources/> <!--
  13. 定义一个Service服务，一个Server标签可以有多个Service服务实例 -->
  14.   <Service/>
  15. </Server>

Server标签


<!--
port:关闭服务器的监听端口 shutdown:关闭服务器的指令字符串
-->
<Server port="8005" shutdown="SHUTDOWN">
<!-- 以日志形式输出服务器 、操作系统、JVM的版本信息 -->
<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 -->
<!-- 加载(服务器启动) 和 销毁 (服务器停止) APR。 如果找不到APR库， 则会输出日志， 并
不影响 Tomcat启动 -->
<Listener className="org.apache.catalina.core.AprLifecycleListener"
SSLEngine="on" />
<!-- Prevent memory leaks due to use of particular java/javax APIs--> <!-- 避免JRE内存泄漏问题 -->
<Listener
className="org.apache.catalina.core.JreMemoryLeakPreventionListener" /> <!-- 加载(服务器启动) 和 销毁(服务器停止) 全局命名服务 -->
<Listener
className="org.apache.catalina.mbeans.GlobalResourcesLifecycleListener" /> <!-- 在Context停止时重建 Executor 池中的线程， 以避免ThreadLocal 相关的内存泄漏 -->
<Listener className="org.apache.catalina.core.ThreadLocalLeakPreventionListener" />
<!-- Global JNDI resources
Documentation at /docs/jndi-resources-howto.html GlobalNamingResources 中定义了全局命名服务
-->
  <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标签


<!--
该标签用于创建 Service 实例，默认使用 org.apache.catalina.core.StandardService。 默认情况下，Tomcat 仅指定了Service 的名称， 值为 "Catalina"。
Service 子标签为 : Listener、Executor、Connector、Engine，
其中:
Listener 用于为Service添加生命周期监听器，
Executor 用于配置Service 共享线程池，
Connector 用于配置Service 包含的链接器，
Engine 用于配置Service中链接器对应的Servlet 容器引擎
-->
<Service name="Catalina"> ...
</Service>

Exexutor标签

<!--

默认情况下，Service 并未添加共享线程池配置。 如果我们想添加一个线程池， 可以在 <Service> 下添加如下配置:
name:线程池名称，用于 Connector中指定
namePrefix:所创建的每个线程的名称前缀，一个单独的线程名称为 namePrefix+threadNumber
maxThreads:池中最大线程数 minSpareThreads:活跃线程数，也就是核心池线程数，这些线程不会被销毁，会一直存在 maxIdleTime:线程空闲时间，超过该时间后，空闲线程会被销毁，默认值为6000(1分钟)，单位
毫秒
maxQueueSize:在被执行前最大线程排队数目，默认为Int的最大值，也就是广义的无限。除非特
殊情况，这个值 不需要更改，否则会有请求不会被处理的情况发生 prestartminSpareThreads:启动线程池时是否启动 minSpareThreads部分线程。默认值为
false，即不启动 threadPriority:线程池中线程优先级，默认值为5，值从1到10 className:线程池实现类，未指定情况下，默认实现类为
org.apache.catalina.core.StandardThreadExecutor。如果想使用自定义线程池首先需要实现 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标签


<!-- port:
端口号，Connector 用于创建服务端Socket 并进行监听， 以等待客户端请求链接。如果该属性设置 为0， Tomcat将会随机选择一个可用的端口号给当前Connector 使用
protocol:
当前Connector 支持的访问协议。 默认为 HTTP/1.1 ， 并采用自动切换机制选择一个基于 JAVA NIO 的链接器或者基于本地APR的链接器(根据本地是否含有Tomcat的本地库判定) connectionTimeOut:
Connector 接收链接后的等待超时时间， 单位为 毫秒。 -1 表示不超时。 redirectPort:
当前Connector 不支持SSL请求， 接收到了一个请求， 并且也符合security-constraint 约束， 需要SSL传输，Catalina自动将请求重定向到指定的端口。
executor:
指定共享线程池的名称， 也可以通过maxThreads、minSpareThreads 等属性配置内部线程池。
URIEncoding:
用于指定编码URI的字符编码， Tomcat8.x版本默认的编码为 UTF-8 , Tomcat7.x版本默认为ISO-
8859-1
-->
<!--org.apache.coyote.http11.Http11NioProtocol ， 非阻塞式 Java NIO 链接器--> <Connector port="8080" protocol="HTTP/1.1" connectionTimeout="20000" redirectPort="8443" />
<Connector port="8009" protocol="AJP/1.3" redirectPort="8443" />

可以使用共享线程池


<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标签


<!--
name: 用于指定Engine 的名称， 默认为Catalina
defaultHost:默认使用的虚拟主机名称， 当客户端请求指向的主机无效时， 将交由默认的虚拟主机处 理， 默认为localhost
-->
<Engine name="Catalina" defaultHost="localhost">
...
</Engine>

Host标签用于配置一个虚拟主机


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

Context标签，用于配置一个Web应用


<Host name="www.abc.com" appBase="webapps" unpackWARs="true" autoDeploy="true">
<!--
docBase:Web应用目录或者War包的部署路径。可以是绝对路径，也可以是相对于 Host appBase的 相对路径。
path:Web应用的Context 路径。如果我们Host名为localhost， 则该web应用访问的根路径为: http://localhost:8080/web_demo。
-->
<Valve className="org.apache.catalina.valves.AccessLogValve" directory="logs"
</Host>
<Context docBase="/Users/dejun/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>

```