中间件01--Tomcat

时间：2023-07-15 07:06:01 | 来源：网站运营

时间：2023-07-15 07:06:01 来源：网站运营

中间件01--Tomcat：本篇文章内容借鉴于拉勾教育Java高薪训练营课程。

本文章基于 8.5.50 版本的 Tomcat 剖析。

第⼀部分 Tomcat 系统架构与原理剖析

1、http请求的处理流程

注意：浏览器访问服务器使用的是HTTP协议。HTTP是应用层协议，用于定义数据通信的格式，具体数据传输使用的是TCP/IP协议。

2、Tomcat两个重要身份

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

1）Tomcat能够接收并处理HTTP请求，所以Tomcat是一个HTTP服务；

2）Tomcat是一个servlet容器：HTTP服务器接收到请求后不会直接去调用具体的程序（Java类）进行处理，而是把请求交给Servlet容器来处理，，这样Tomcat和业务类就不会耦合在一起。Servlet容器通过Servlet接口调用业务类，Servlet接口和Servlet容器这一整套内容叫做Servlet规范。

Tomcat模型

3、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用ServletRequest对象封装起来，进一步去调用Servlet容器中某个具体的Servlet；，2）Servlet容器拿到请求后，根据URL和Servlet的映射关系，找到相应的servlet;3) 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方法来初始化；4）接着调用具体Servlet的service方法来处理请求，请求处理结果使用ServletResponse封装；5）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。4、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，以及处理Request请求；

5、Tomcat 连接器组件 Coyote

5.1、Coyote 简介

Coyote 是Tomcat 中连接器的组件名称 , 是对外的接⼝。客户端通过Coyote与服务器建⽴连接、发送请求并接受响应 。

（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，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， 甚⾄可以达到 Apache HTTP Server 的影响性能。

5.2、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

6、Tomcat Servlet 容器 Catalina

6.1 Tomcat 模块分层结构图及Catalina位置

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。

从另⼀个⻆度来说，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。

6.2 Servlet 容器 Catalina 的结构

我们可以认为整个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。

⼀个Catalina实例（容器）

⼀个 Server实例（容器）

多个Service实例（容器）

每⼀个Service实例下可以有多个Connector实例和⼀个Container实例


Catalina：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：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Servlet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：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：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；

6.3 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。Tomcat通过⼀种分层的架构，使得Servlet容器具有很好的灵活性。

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。

第⼆部分 Tomcat 服务器核⼼配置详解

注意：

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。

主要标签结构如下：

<!--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>1、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>2、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>3、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"/>4、Connector 标签

Connector 标签⽤于创建链接器实例默认情况下，server.xml 配置了两个链接器，⼀个⽀持HTTP协议，⼀个⽀持AJP协议。⼤多数情况下，我们并不需要新增链接器配置，只是根据需要对已有链接器进⾏优化；

<!-- 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。可以使⽤共享线程池 Engine 标签：Engine 表示 Servlet 引擎 Host 标签：Host 标签⽤于配置⼀个虚拟主机 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" />5、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--><Engine name="Catalina" defaultHost="localhost">...</Engine>6、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>7、Context 标签

Context 标签⽤于配置⼀个Web应⽤，如下：

<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 "%r" %s %b" /></Host>

第三部分 Tomcat 类加载机制剖析

Tomcat 类加载机制是在 Jvm 类加载机制基础之上进⾏了⼀些变动。没有严格的遵从双亲委派机制，也可以说打破了双亲委派机制。

• 引导类加载器 和 扩展类加载器 的作⽤不变；
• 系统类加载器正常情况下加载的是 CLASSPATH 下的类，但是 Tomcat 的启动脚本并未使⽤该变量，⽽是加载tomcat启动的类，⽐如bootstrap.jar，通常在catalina.bat或者catalina.sh中指定。位于CATALINA_HOME/bin下；
• Common 通⽤类加载器加载Tomcat使⽤以及应⽤通⽤的⼀些类，位于CATALINA_HOME/lib下，⽐如servlet-api.jar；
• Catalina ClassLoader ⽤于加载服务器内部可⻅类，这些类应⽤程序不能访问；
• Shared ClassLoader ⽤于加载应⽤程序共享类，这些类服务器不会依赖；
• WebApp ClassLoader，每个应⽤程序都会有⼀个独⼀⽆⼆的WebApp ClassLoader，他⽤来加载本应⽤程序 /WEB-INF/classes 和 /WEB-INF/lib 下的类。

tomcat 8.5 默认改变了严格的双亲委派机制

1、⾸先从 Bootstrap Classloader加载指定的类2、如果未加载到，则从 /WEB-INF/classes加载3、如果未加载到，则从 /WEB-INF/lib/*.jar 加载4、如果未加载到，则依次从 System、Common、Shared 加载（在这最后⼀步，遵从双亲委派机制）

第四部分 Tomcat的 HTTP和Https 相关内容

1、Tomcat处理HTTP请求流程

上面说完了tomcat整体架构，下面我们来说说，假设来我们在浏览器上输入

http://localhost:8080/my-web-mave/index.jsp，在tomcat中是如何处理这个请求流程的：

1：我们的请求被发送到本机端口8080，被在那里侦听的Coyote HTTP/1.1 Connector获得。2：Connector把该请求交给它所在的Service的Engine来处理，并等待来自Engine的回应 。3：Engine获得请求localhost/my-web-maven/index.jsp，匹配它所拥有的所有虚拟主机Host ，我们的虚拟主机在server.xml中默认配置的就是localhost。4：Engine匹配到name=localhost的Host（即使匹配不到也把请求交给该Host处理，因为该Host被定义为该Engine的默认主机）。5：localhost Host获得请求/my-web-maven/index.jsp，匹配它所拥有的所有Context。6：Host匹配到路径为/my-web-maven的Context。7：path=”/my-web-maven”的Context获得请求/index.jsp，在它的mapping table中寻找对应的servlet 。8：Context匹配到URL PATTERN为*.jsp的servlet，对应于JspServlet类。9：构造HttpServletRequest对象和HttpServletResponse对象，作为参数调用JspServlet的doGet或doPost方法 。10：Context把执行完了之后的HttpServletResponse对象返回给Host 。11：Host把HttpServletResponse对象返回给Engine 。12：Engine把HttpServletResponse对象返回给Connector 。13：Connector把HttpServletResponse对象返回给客户browser 。


2、HTTPS和HTTP的主要区别

1、HTTPS协议使⽤时需要到电⼦商务认证授权机构（CA）申请SSL证书；2、HTTP默认使⽤8080端⼝，HTTPS默认使⽤8443端⼝；3、HTTPS则是具有SSL加密的安全性传输协议，对数据的传输进⾏加密，效果上相当于HTTP的升级版；4、HTTP的连接是⽆状态的，不安全的；HTTPS协议是由SSL+HTTP协议构建的可进⾏加密传输、身份认证的⽹络协议，⽐HTTP协议安全。3、HTTPS⼯作原理大致流程：

说明：HTTPS在传输数据之前需要客户端与服务端进行一次握手，在握手过程中将确定双方加密传输数据的密码信息；

附：Tomcat各文件夹的作用

1、bin目录主要是用来存放tomcat的命令，主要有两大类，一类是以.sh结尾的（linux命令），另一类是以.bat结尾的（windows命令）。很多环境变量的设置都在此处。2、conf目录主要是用来存放tomcat的一些配置文件。 server.xml可以设置端口号、设置域名或IP、默认加载的项目、请求编码 web.xml可以设置tomcat支持的文件类型 context.xml可以用来配置数据源之类的 tomcat-users.xml用来配置管理tomcat的用户与权限 在Catalina目录下可以设置默认加载的项目3、lib目录主要用来存放tomcat运行需要加载的jar包。4、logs目录用来存放tomcat在运行过程中产生的日志文件，非常重要的是在控制台输出的日志。（清空不会对tomcat运行带来影响）5、temp目录用户存放tomcat在运行过程中产生的临时文件。（清空不会对tomcat运行带来影响）。6、webapps目录用来存放应用程序，当tomcat启动时会去加载webapps目录下的应用程序。可以以文件夹、war包、jar包的形式发布应用。7、work目录用来存放tomcat在运行时的编译后文件，例如JSP编译后的.java和.class文件。一个客户端访问后编译后的文件存放在这，下一个客户端再次访问可以直接返回，不用再次编译程序。清空work目录，然后重启tomcat，可以达到清除缓存的作用。如果项目下包含文件却一直报找不到的异常，可以清空该文件夹下的内容，然后重新编译，便可以得到解决。





注：本篇文章内容大量借鉴拉勾教育Java高薪训练营的课程内容，由此表示衷心的感谢！