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Tomcat 系统架构与原理剖析

b/s（浏览器/服务器模式）浏览器是客户端（发送http请求） ———> 服务器端

请求访问流程

数据依靠TCP/IP协议，所以传输数据包含了tcp请求头、tcp请求体。

TCP请求体才是HTTP格式的数据包，包含了HTTP请求头、HTTP请求体。

Tomcat 系统总体架构

Tomcat请求流程

Tomcat是一个Http服务器（能够接收并且处理http请求，所以tomcat是一个http服务器）

注意： Tomcat既按照Servlet规范的要求去实现了Servlet容器，同时它也具有HTTP服务器的功能。

Tomcat的两个重要身份

1） http服务器

2） Tomcat是一个Servlet容器

Tomcat Servlet容器处理流程

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

Tomcat 系统总体架构

Tomcat 设计了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，负责网络字节流与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；

连接器组件 Coyote

（1） Coyote 封装了底层的网络通信（Socket 请求及响应处理）

（2） Coyote 使Catalina 容器（容器组件）与具体的请求协议及IO操作(bio/nio等模型)方式完全解耦

（3） Coyote 将Socket 输入转换封装为 Request 对象，进一步封装后交由Catalina 容器进行处理，处理请求完成后, Catalina 通过Coyote 提供的Response 对象将结果写入输出流

（4） Coyote 负责的是具体协议（应用层）和IO（传输层相关内容

Tomcat支持多种应用层协议和I/O模型，如下：

在 8.0 之前， Tomcat 默认采用的I/O方式为 BIO（同步阻塞），之后改为 NIO。无论 NIO、 NIO2 还是 APR，在性能方面均优于以往的BIO。如果采用APR（需要安装组件），甚至可以达到 Apache HTTP Server 的性能。

Coyote 的内部组件及流程

组件	作用描述
EndPoint	EndPoint 是 Coyote 通信端点，即通信监听的接口，是具体Socket接收和发送处理器，是对传输层的抽象，因此EndPoint用来实现TCP/IP协议的
Processor	Processor 是Coyote 协议处理接口，如果说EndPoint是用来实现TCP/IP协议的，那么Processor用来实现HTTP协议， Processor接收来自EndPoint的 Socket，读取字节流解析成Tomcat Request和Response对象，并通过 Adapter将其提交到容器处理， Processor是对应用层协议的抽象
ProtocolHandler	Coyote 协议接口，通过Endpoint 和 Processor ，实现针对具体协议的处理能⼒。 Tomcat 按照协议和I/O 提供了6个实现类： AjpNioProtocol ， AjpAprProtocol， AjpNio2Protocol ， Http11NioProtocol ， Http11Nio2Protocol ， Http11AprProtocol
Adapter	由于协议不同，客户端发过来的请求信息也不尽相同， Tomcat定义了自己的 Request类来封装这些请求信息。 ProtocolHandler接口负责解析请求并生成 Tomcat Request类。但是这个Request对象不是标准的ServletRequest，不能用Tomcat Request作为参数来调用容器。 Tomcat设计者的解决方案是引入CoyoteAdapter，这是适配器模式的经典运用，连接器调用 CoyoteAdapter的Sevice方法，传入的是Tomcat Request对象， CoyoteAdapter负责将Tomcat Request转成ServletRequest，再调用容器

Servlet 容器 Catalina

Tomcat的核心是Catalina

Tomcat是一个由一系列可配置（conf/server.xml）的组件构成的Web容器，而Catalina是Tomcat的servlet容器。

从另一个角度来说， Tomcat 本质上就是一款 Servlet 容器，因为 Catalina 才是 Tomcat 的核心， 其他模块都是为Catalina 提供支撑的。比如：通过 Coyote 模块提供链接通信， Jasper 模块提供 JSP 引擎， Naming 提供JNDI 服务， Juli 提供日志服务。

Servlet 容器 Catalina 的结构

其实，可以认为整个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。

Catalina 负责解析Tomcat的配置文件（server.xml） , 以此来创建服务器Server组件并进行管理 Server 服务器表示整个Catalina Servlet容器以及其它组件，负责组装并启动Servlaet引擎,Tomcat连接器。 Server通过实现Lifecycle接口，提供了一种优雅的启动和关闭整个系统的方式 Service 服务是Server内部的组件，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，并返回对象给web用户的模块

Container 组件的具体结构

Container组件下有几种具体的组件，分别是Engine、 Host、 Context和Wrapper。这4种组件（容器）是父子关系。

Engine 表示整个Catalina的Servlet引擎，用来管理多个虚拟站点，一个Service最多只能有一个Engine，但是一个引擎可包含多个Host Host 代表一个虚拟主机，或者说一个站点，可以给Tomcat配置多个虚拟主机地址，而一个虚拟主机下可包含多个Context Context 表示一个Web应用程序，一个Web应用可包含多个Wrapper Wrapper 表示一个Servlet， Wrapper 作为容器中的最底层，不能包含子容器 上述组件的配置其实就体现在conf/server.xml中

Tomcat 服务器核心配置详解

Tomcat 作为服务器的配置，主要是 server.xml 文件的配置；
server.xml中包含了 Servlet容器的相关配置，即 Catalina 的配置；
Xml 文件的讲解主要是标签的使用

主要标签：

<!--
Server 根元素，创建一个Server实例，子标签有 Listener、 GlobalNamingResources、
Service
-->
<Server>
<!--定义监听器-->
<Listener/>
<!--定义服务器的全局JNDI资源 -->
<GlobalNamingResources/>
<!--
定义一个Service服务，一个Server标签可以有多个Service服务实例
-->
<Service/>
</Server>

Server标签内容注释

<Server port="8005" shutdown="SHUTDOWN">
  <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>
    <!-- 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>


  <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>

Executor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" />

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" />

executor指定共享线程池
maxThreads与maxConnections保持一致
compression 启用zip压缩，on为开启（很少去配置）

Engine 标签

Engine 表示 Servlet 引擎

<!--
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 关联Host标签
-->
<Engine name="Catalina" defaultHost="localhost">
...
</Engine>

Host 标签

<!--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

<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。
    -->
    <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>

注意：Valve不是value，这个标签翻译为阀

Tomcat原理与配置

Tomcat目录结构

Tomcat 系统架构与原理剖析

请求访问流程

Tomcat 系统总体架构

Tomcat请求流程

Tomcat Servlet容器处理流程

Tomcat 系统总体架构

连接器组件 Coyote

Coyote 的内部组件及流程

Servlet 容器 Catalina

Tomcat的核心是Catalina

Servlet 容器 Catalina 的结构

Container 组件的具体结构

Tomcat 服务器核心配置详解