2-1-1 tomcat整体架构及组件介绍

一、tomcat的介绍

1.1、tomcat 目录介绍

1.2 、Tomcat总体架构之浏览器请求服务器流程

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。
具体的数据传输使用的是TCP/IP协议，TCP/IP协议是传输层协议。

二、tomcat的介绍

2.1 、Tomcat总体架构之Tomcat处理请求大致流程

Tomcat 是一个 Http 服务器(能够接收并处理http请求，所以tomcat是一个服务器)。

我们使用浏览器想某一个网站发起请求，发出的是Http请求，那么在远程，Http服务器接收到这个请求之后，会调用具体的程序(Java类进行处理)，往往不同的请求有不同的Java类完成处理。

HTTP 服务器接收到请求之后把请求交给Servlet容器来处理，Servlet 容器通过Servlet接⼝调⽤业务
类。Servlet接⼝和Servlet容器这⼀整套内容叫作Servlet规范。

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

2.2 、 Tomcat总体架构之Servlet容器处理请求流程

当用户请求某个URL资源时

1. HTTP服务器(tomcat)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服务器会把响应发给客户端
   

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2.3 、Tomcat总体架构综述

通过上⾯的讲解，我们发现tomcat有两个⾮常重要的功能

1. 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
2. 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

三、Tomcat 连接器组件 Coyote

3.1、连接器组件Coyote简介及支持的协议和IO模型

Coyete 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(Sockey请求及响应处理)
2. Coyote是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 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。

3.2 连接器组件Coyote内部组件及工作流程

Coyote 组件及作⽤

四、Tomcat Servlet容器Catalina

4.1 Tomcat模块分层结构及Catalina的地位

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。

4.2、 Servlet容器Catalina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）

其实，可以认为整个Tomcat就是一个Catelina实例，Tomcat 启动的时候回初始化这个实例，Catalina实例通过加载server.xml 完成其他实例的创建，床架并管理一个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
  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容器以及其他组件，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
  服务是Server 内部的组件，一个Server包含多个Service。它将若干个Connerctor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

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。

• 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。

五、Tomcat 服务器核⼼配置详解

5.1、Tomcat服务器核心配置说明

问题⼀：去哪⼉配置？ 核⼼配置在tomcat⽬录下conf/server.xml⽂件
问题⼆：怎么配置？
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>

5.2 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>

5.3 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>

5.4、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"/>

5.5、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。

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" />

5.6、Engine标签和Host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>

5.7、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>

5.8、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 &quot;%r&quot; %s %b" />
</Host>

两个疑惑:

一、Container 的组件 和Catalina实例之间的关系

他们之间的关系

二、BIO 、NIO、NIO2

BIO 、NIO、NIO2 三者之间的关系、区别