Tomcat系统架构与原理剖析
1. Tomcat系统架构与原理剖析
1.1 浏览器访问服务器的流程
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，具体的数据传输使⽤的是TCP/IP协议
1.2 Tomcat系统总体架构
1.2.1 Tomcat请求处理大致过程
Tomcat是一个HTTP服务器（能够接收并处理http请求，所以tomcat是一个http服务器）
我们用浏览器向某一个网站发起请求，发出的是Http请求，那么服务器在接收请求之后，会调用程序（Java类）进行处理，往往不同的请求由不同的Java类完成处理。过程如下：
真正tomcat是如何实现的呢：
HTTP服务器接收到请求之后会把请求交给Servlet容器来处理，Servlet容器通过Servlet接口调用业务类。Servlet接口和Servlet容器这一整套内筒叫做Servlet规范。
注：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
- http服务器
- Tomcat是一个Servlet容器
1.2.2 Tomcat Servlet容器处理流程
当⽤户请求某个URL资源时
- HTTP服务器会把请求信息使⽤ServletRequest对象封装起来
- 进⼀步去调⽤Servlet容器中某个具体的Servlet
- 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
- 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
- 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
- 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
1.2.3 Tomcat系统总体架构
通过上⾯的讲解，我们发现tomcat有两个⾮常重要的功能需要完成
- 和客户端浏览器进⾏交互，进⾏socket通信，将字节流和Request/Response等对象进⾏转换
- Servlet容器处理业务逻辑
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；
1.3 Tomcat连接器组件Coyote
1.3.1 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。
- Coyote封装了底层的⽹络通信（Socket请求及响应处理）
- 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
- 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
- Coyote负责的是具体协议（应⽤层）和IO（传输层）相关内容
Tomcat Coyote⽀持的IO模型与协议
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。
1.3.2 Coyote的内部组件及流程
Coyote 组件及作⽤
| 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 |
1.4 Tomcat Servlet容器Catalina
1.4.1 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。
1.4.2 Servlet容器Catalina的结构
Tomcat（我们往往有⼀个认识，Tomcat就是⼀个Catalina的实例，因为Catalina是Tomcat的核⼼）
Tomcat/Catalina实例
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。
- 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
- 多个Service实例（容器）
- ⼀个Server实例（容器）
| 组件 | 作用描述 |
|---|---|
| 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 |
1.4.3 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
| 组件 | 作用描述 |
|---|---|
| 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。