Tomcat(一)：背景知识和安装tomcat

Tomcat系列文章：http://www.cnblogs.com/f-ck-need-u/p/7576137.html

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1. 基础背景知识

1.1 java和jdk概念

无论是何种程序，要能在计算机上运行，必须能转换为二进制的机器语言才能和硬件进行交互，在机器语言的上层是汇编语言，再上层是C/C++这样较底层的语言，由于它们严重依赖于平台架构，所有一般只能运行在程序源代码已编译的机器上，可移植性比较差。

Java是一种面向对象的语言，它的层次比C更高一点，层次指的是离硬件更远一点。它将写好的程序文件(.java)通过java编译器javac编译成字节码类型的class文件(.class)，在编译过程中涉及词法分析、语法分析、语义分析、字节码生成等过程，最终生成字节码的class文件。class文件是Java的类文件，是编译成功后的字节码文件，字节码由Java虚拟机JVM解释执行，它将每一条字节码送给解释器，再翻译成机器语言，从而在特定的机器上运行。Java通过JVM的方式实现了一次编译到处运行的功能。

即：

源码XXX.java-->javac编译器-->字节码XXX.class-->JVM-->机器语言(依赖于不同平台)-->执行

JRE(Java Runtime Environment)是包含了JVM和其他一些简单功能的JAVA运行环境，它适用于只运行java程序时。JDK(Java Development Kit)比JRE包含了更多东西，它除了能作为JAVA运行环境，还提供了很多用于开发的工具，所以它适用于开发程序时使用。

JAVA SE是java开发标准版，里面有JDK，Java EE是企业版，本质上ee只是比se多提供了几个类库而已。

1.2 jsp、servlet是什么

在web应用程序上，早期Java的实现方式是服务器端放置应用程序，客户端访问时将其下载到客户端本地并执行，这样不仅不安全，而且要求客户有java运行环境，这种实现方式是applet。

与applet相对的是servlet，但它是服务端程序。后来，java将应用程序放在服务器端，客户端请求此应用程序时，服务端通过servlet类库分析http协议，将请求的应用程序在服务端执行，然后将结果组织起来返回给客户端，但此时servlet能分析的http协议非常简单，且和html的组织方式非常不友好，它要求java程序员首先得懂html开发(实际上现在还是如此，java程序员至少要懂简单的html/css/javascript等前端技术)，于是后来出现了JSP类库。

JSP可以简单的将java代码嵌入在html文档中，它们能够很友好地结合，结合后的文档类型为.jsp文件。当客户端请求应用程序资源时，JSP类库负责解析.jsp文件中的jsp部分并通过jasper组件将其翻译成servlet的java源代码，然后再编译成class文件并交给JVM来执行。实际上，jsp的本就就是servlet，jsp类只不过是继承于servlet类并添加了一些和html友好结合的特性，最终它还是要翻译成servlet代码。

JSP的本质还是Servlet，每个JSP页面就是一个Servlet对象(当然也可能引用了其他servlet对象)，Servlet再负责响应用户的动态请求数据(其实也包括静态数据，因为jasper翻译jsp代码时，静态标签也被翻译到servlet的java源文件中以待输出)。对于Tomcat而言，JSP页面生成的Servlet放在work路径对应的Web应用下。

考虑到tomcat和httpd、nginx等http服务程序的对比，有两点需要明确：

(1).一个java程序只有一个进程，但是可以有多个线程，也就是说java程序的开发是基于线程的。那唯一的进程就是JVM进程，每个应用程序都开启一个JVM进程，根据开发时设计的多线程代码，在这个JVM进程中会启动多个线程。它不像httpd或nginx，能开启多进程(对于tomcat而言，这意味着多个不同的应用程序甚至意味着开启多个tomcat实例)。

(2).tomcat可以处理动态请求，也可以处理静态资源请求。但无论是动态资源，还是静态资源的请求，都是经过servlet处理并响应给客户端的，只不过请求静态资源时使用的是默认的servlet。虽然它能像httpd和nginx一样处理静态资源，但显然，它既要处理动态请求，又要处理静态请求，压力会很大。因此tomcat前一般使用httpd或nginx专门处理静态请求，而动态请求则通过反向代理的方式代理至tomcat。

1.3 web服务器、web容器、应用程序服务器

web服务器用于提供web服务，要求能解析http协议，通常认为提供静态内容的服务器是web服务器。如apache httpd、nginx等。

对于java而言，web容器是能提供servlet容器的服务器，它们是等价的概念。常见的有tomcat、weblogic、websphere、jboss。其中tomcat只提供servlet容器，它们在功能上是等价的。除tomcat外，后面3种web容器还提供除servlet容器外的EJB容器，专用于大型分布式程序开发。

应用程序服务器是用于提供应用服务的服务器。这是业务逻辑上的概念划分。更具体一点的说，它提供WEB容器(servlet容器)、EJB容器以及其他功能。

它们之间的关系和功能大致如下：web服务器提供web服务，主要处理http请求并响应给客户端，并可以将动态请求委托给其他程序，如cgi脚本、jsp脚本、asp脚本等进行处理；web容器即servlet容器主要负责处理基于http请求的动态jsp内容；EJB容器主要提供和后端数据库服务、其他服务进行交互的功能；应用服务器通常来说包括servlet容器或EJB容器，它们都运行于支持Java的应用服务器中，因此tomcat/weblogic/websphere/jboss都算是应用服务器。

1.4 tomcat体系结构

tomcat是jdk+servlet(严格地说是+jsp)实现的精简版的java ee，由于它只在jdk的基础上附加了jsp和servlet类库，所以它的应用范围主要是web应用。tomcat项目目前由apache软件基金会维护。

它是一种应用程序服务器，只提供servlet容器，同时还提供apache解析静态HTML，只不过之它的处理能力不如独立的apache服务器。类似的应用程序服务还有websphere/weblogic/jetty/resin/jboss等，它们都是在jdk基础上附加各种类库实现不同程度的java ee(tomcat=jdk+servlet)。

对于tomcat来说，它高度模块化，通过各个组件实现各种功能。它的体系结构如下图所示：

其中：

• server是顶级类，一个server算是一个tomcat实例，在此层次中可定义tomcat服务的监听端口。
• service是server下的子组件，用于封装绑定connector和containor，并为它们提供一个名称属性。有了service就可以提供相关的服务，如监听TCP连接请求、处理http请求。注意server是管理整个tomcat实例的层次，它和提供服务没有关系。
• connector是连接器，定义http协议(默认)以及该协议的监听端口。连接器用于接收客户端请求并将containor处理的数据返回给客户端。
• containor称为容器，它和connector连接器进行绑定。该容器内有4个子容器，包括：engine容器、host容器、context容器、Wrapper容器。容器用于分析、处理请求，并构建响应给connector以发送给客户端。它和connector是tomcat的心脏组件。
• engine容器定义servlet引擎，用于定义引擎的名称、默认的虚拟主机。引擎用于分析http请求并将请求转发给对应的虚拟主机。
• host容器用于定义虚拟主机。
• context容器用于定义webapp，一个context定义一个webapp。它是真正管理servlet容器的层次。
• wrapper容器对应的是真正的servlet容器，一个wrapper代表一个servlet，它负责管理一个Servlet，包括的Servlet的装载、初始化、执行以及资源回收。Wrapper是最底层的容器，一个context只能包含一个wrapper。在配置文件中，无法配置该容器的属性。

还有一些其他组件，如session管理组件、JMX等。

一个server可以有多个service。一个service可以有多个connector和唯一的containor。containor是容器类，从containor层次开始，真正进入servlet容器相关的过程。它包含了唯一的engine容器，engine容器中包含了一个或多个host容器，host容器中包含了一个或多个context容器，context容器中包含了唯一的wrapper。它们的组织结构大致如下：

<server>
    <service>
        <connector />
        <engine>
            <host>
                <context />
                <context />
            </host>
            <host>
                <context />
            </host>
        </engine>
    </service>

    <service>
         ......
    </service>
</server>

2. 安装tomcat

tomcat依赖于jdk，所以需要先安装jdk。tomcat和jdk版本之间存在对应关系，应该考虑好要安装哪个版本的jdk以及哪个版本的tomcat。官方给出的对应关系网址为：https://tomcat.apache.org/whichversion.html。以下是到tomcat 9.x版本和jdk的对应表。

本文jdk以jdk-8u131为例，表示版本为8的第131次更新，tomcat以apache-tomcat-8.5.14为例。

2.1 安装jdk

下载地址：http://www.oracle.com/technetwork/java/javase/downloads/index.html

以rpm包的为例。

shell> yum localinstall -y jdk-8u131-linux-x64.rpm

安装路径为/usr/java。在该路径有3个文件，其中两个是版本号的软链接。

shell> ll /usr/java
total 4
lrwxrwxrwx 1 root root   16 May  4 22:54 default -> /usr/java/latest
drwxr-xr-x 9 root root 4096 May  4 22:54 jdk1.8.0_131
lrwxrwxrwx 1 root root   22 May  4 22:54 latest -> /usr/java/jdk1.8.0_131

通过这种软链接方式，以后有新版jdk要安装，直接改latest的链接对象即可。

在安装目录的Bin目录下，有很多可执行程序，包括javac(java编译器)，java(java主程序，其中包括JVM)，jps(查看当前java进程及pid，所以可以查看java进程数)。

shell> ls latest/bin/
appletviewer  idlj  java  javafxpackager  javapackager  jcmd  jdb  jinfo  jmc
jrunscript  jstat  keytool  pack200  rmid  serialver  unpack200  xjc ControlPanel
jar  javac  javah  java-rmi.cgi  jconsole  jdeps  jjs  jmc.ini  jsadebugd  jstatd
native2ascii  policytool  rmiregistry  servertool  wsgen extcheck  jarsigner
javadoc  javap  javaws  jcontrol  jhat  jmap  jps  jstack  jvisualvm  orbd  rmic
schemagen  tnameserv  wsimport

执行java -version可以验证jdk工具是否安装成功。

[root@xuexi jdk1.8.0_131]# bin/java -version
java version "1.8.0_131"
Java(TM) SE Runtime Environment (build 1.8.0_131-b11)
Java HotSpot(TM) 64-Bit Server VM (build 25.131-b11, mixed mode)

然后再设置JAVA_HOME环境变量并导出java程序所在目录的PATH环境变量。

shell> echo 'export JAVA_HOME=/usr/java/latest' > /etc/profile.d/jdk.sh
shell> echo 'export PATH=$JAVA_HOME/bin:$PATH' >> /etc/profile.d/jdk.sh
shell> . /etc/profile.d/jdk.sh

shell> java -version
java version "1.8.0_131"
Java(TM) SE Runtime Environment (build 1.8.0_131-b11)
Java HotSpot(TM) 64-Bit Server VM (build 25.131-b11, mixed mode)

2.2 安装tomcat

直接解压即可。

shell> tar xf apache-tomcat-8.5.14.tar.gz -C /usr/local/
shell> ln -s /usr/local/apache-tomcat-8.5.14 /usr/local/tomcat

安装完后，有以下几个文件和目录。

shell> cd /usr/local/tomcat

[root@xuexi tomcat]# ll -d */
drwxr-x--- 2 root root 4096 May  4 23:36 bin/
drwx------ 2 root root 4096 Apr 13 20:58 conf/
drwxr-x--- 2 root root 4096 May  4 23:36 lib/
drwxr-x--- 2 root root 4096 Apr 13 20:55 logs/
drwxr-x--- 2 root root 4096 May  4 23:36 temp/
drwxr-x--- 7 root root 4096 Apr 13 20:56 webapps/
drwxr-x--- 2 root root 4096 Apr 13 20:55 work/

logs目录是日志目录。temp是临时目录。webapps是存放web程序的根目录。work目录是存放编译后生成的class文件的目录。bin目录下有很多脚本文件，有.sh脚本，也有.bat脚本。

[root@xuexi tomcat]# ls bin/
bootstrap.jar  catalina.sh         commons-daemon.jar            configtest.bat  daemon.sh   digest.sh         setclasspath.sh  shutdown.sh  startup.sh       tomcat-native.tar.gz  tool-wrapper.sh  version.sh
catalina.bat   catalina-tasks.xml  commons-daemon-native.tar.gz  configtest.sh   digest.bat  setclasspath.bat  shutdown.bat     startup.bat  tomcat-juli.jar  tool-wrapper.bat      version.bat

其中：

• catalina.sh类似于SysV服务管理脚本，支持stop、start和configtest，但不支持restart和reload，如catalina.sh start。
• startup.sh等价于catalina.sh start。
• shudown.sh等价于catalina.sh stop。
• configtest.sh等价于catalina.sh configtest。
• daemon.sh是通过指定各种PATH参数将tomcat以daemon的方式运行，要指定的参数path较多。catalina.sh执行start也是在后台运行tomcat的，所以没有必要使用此脚本来实现daemon模式的tomcat。

在安装目录下的conf目录下有几个配置xml格式的配置文件。

[root@xuexi tomcat]# ls conf/
catalina.policy  catalina.properties  context.xml  jaspic-providers.xml  jaspic-providers.xsd  logging.properties  server.xml  tomcat-users.xml  tomcat-users.xsd  web.xml

其中server.xml是主配置文件，tomcat-users.xml是状态监控和gui界面管理的身份认证配置文件，后面会有相关配置说明，web.xml是为webapp提供默认属性配置的文件，在tomcat启动时会先加载webapp属性的自定义配置文件/WEB-INF/web.xml，然后再加载此文件提供默认属性，一般此文件都不用任何修改，要定义属性时修改/WEB-INF/web.xml即可。对于此处的web.xml，唯一需要知道的是其内设置了主页文件名。

[root@xuexi tomcat]# grep -C 1 index conf/web.xml 
    <welcome-file-list>
        <welcome-file>index.html</welcome-file>
        <welcome-file>index.htm</welcome-file>
        <welcome-file>index.jsp</welcome-file>
    </welcome-file-list>

安装后，设置环境变量。

echo "export CATALINA_HOME=/usr/local/tomcat" > /etc/profile.d/tomcat.sh
echo 'export PATH=$CATALINA_HOME/bin:$PATH' >> /etc/profile.d/tomcat.sh
. /etc/profile.d/tomcat.sh

执行bin目录下的version.sh检查PATH环境变量是否正确。

[root@xuexi bin]# version.sh
Using CATALINA_BASE:   /usr/local/tomcat
Using CATALINA_HOME:   /usr/local/tomcat
Using CATALINA_TMPDIR: /usr/local/tomcat/temp
Using JRE_HOME:        /usr/java/latest
Using CLASSPATH:       /usr/local/tomcat/bin/bootstrap.jar:/usr/local/tomcat/bin/tomcat-juli.jar
Server version: Apache Tomcat/8.5.14
Server built:   Apr 13 2017 12:55:45 UTC
Server number:  8.5.14.0
OS Name:        Linux
OS Version:     2.6.32-504.el6.x86_64
Architecture:   amd64
JVM Version:    1.8.0_131-b11
JVM Vendor:     Oracle Corporation

最后启动tomcat。

[root@xuexi tomcat]# catalina.sh start
Using CATALINA_BASE:   /usr/local/tomcat
Using CATALINA_HOME:   /usr/local/tomcat
Using CATALINA_TMPDIR: /usr/local/tomcat/temp
Using JRE_HOME:        /usr/java/latest
Using CLASSPATH:       /usr/local/tomcat/bin/bootstrap.jar:/usr/local/tomcat/bin/tomcat-juli.jar
Tomcat started.

[root@xuexi tomcat]# netstat -tnlp
Active Internet connections (only servers)
Proto Recv-Q Send-Q Local Address           Foreign Address      State       PID/Program name
tcp        0      0 0.0.0.0:22              0.0.0.0:*            LISTEN      1879/sshd       
tcp        0      0 127.0.0.1:25            0.0.0.0:*            LISTEN      1415/master     
tcp        0      0 :::22                   :::*                 LISTEN      1879/sshd       
tcp        0      0 ::1:25                  :::*                 LISTEN      1415/master     
tcp        0      0 ::ffff:127.0.0.1:8005   :::*                 LISTEN      15212/java      
tcp        0      0 :::8009                 :::*                 LISTEN      15212/java      
tcp        0      0 :::8080                 :::*                 LISTEN      15212/java     

[root@xuexi tomcat]# curl -I http://localhost:8080
HTTP/1.1 200 
Content-Type: text/html;charset=UTF-8
Transfer-Encoding: chunked
Date: Tue, 17 Oct 2017 16:49:10 GMT