Tomcat 整体架构分析

本篇博客主要介绍下Tomcat整体架构，以及核心组件的作用。

1. 整体架构简析

如果将Tomca他的结构高度抽象的话，那么Tomcat其实可以看成只是有连接器（Connector）和容器（Container）两个组件构成。其中Connector组件负责在服务器端处理客户端连接，包括接收客户端连接、接收客户端的消息报文以及消息报文的解析等工作，而Container组件则负责对客户端的请求进行逻辑处理，并把结果返回给客户端。Container组件其实可以再细分，分成Engine组件、Host组件、Context组件和Wrapper组件。

从Tomcat服务器配置文件server.xml的内容格式看，它所描述的Tomcat也符合上图的层级结构，以下便是server.xml简洁的配置节点，所以从server.xml文件也能看出Tomcat的大体结构：

<? xml version='1.0' encoding='utf-8'? >
<Server>
    <Listener/>
    <GlobalNamingResources>
    <Resource/>
    </GlobalNamingResources>
    <Service>
        <Executor/>
        <Connector/>
        <Engine>
            <Cluster/>
            <Realm/>
            <Host>
            <Context/>
            </Host>
        </Engine>
    </Service>
</Server>

2. Server组件

Server是最顶级的组件，它代表Tomcat的运行实例，在一个JVM中只会包含一个Server。在Server的整个生命周期中，不同阶段会有不同的事情要完成。为了方便扩展，它引入了监听器方式，所以它也包含了Listener组件。另外，为了方便在Tomcat中集成JNDI，引入了GlobalNamingResources组件。同时，还包含了Service核心组件。

<? xml version='1.0' encoding='utf-8'? >
<Server>
    <!-- 配置一个或多个Listener -->
    <Listener/>
    <!-- 配置JNDI资源 -->
    <GlobalNamingResources>
    	<Resource/>
    </GlobalNamingResources>
    <!--配置一个或多个Service-->
    <!--注意一个Tomcat实例中可以配置多个Service，这些Service通过监听不同的端口来区分-->
    <Service>
		...
    </Service>
</Server>

Server组件在Tomcat中的实现类是StandardServer，除了表示Service的一个对象数组外，主要是一些关于Tomcat的属性，比如port，address等。

3. Service组件

Service组件是连接器（Connector）和容器（Container）的组合。一个Tomcat实例中可以有多个Service组件，它们彼此独立。StandardService是Service组件的实现类。如果上面的Server组件代表Tomcat服务器实例的话，那么Service组件就是这个服务器上面对外提供的一个个具体的服务。这个服务监听这不同的端口，你要访问哪些服务必须指定这些服务对应的端口。这样一类比的话就和具体的硬件服务器很像。

public class StandardService extends LifecycleMBeanBase implements Service
{
    private Server server = null;
    protected Connector connectors[] = new Connector[0];
    private Engine engine =null;
    protected final Mapper mapper = new Mapper();

}

server表示其所属Server，Engine作为处理该service中Connector的容器。Mapper可以看作是映射器，要来处理请求地址到处理该请求的容器及Servlet的映射。

另外，service组件还有一个Executor组件，这个线程池组件可以让多个连接器组件共享，而不是每个连接器组件都使用自己的线程池。

4. Connector组件

表示Tomcat中的连接器，其主要作用是监听并转化Socket请求，并交由Container处理。其实就是对不同协议及协议处理器进行的封装。下面是我们需要关注的几个属性域：

public class Connector extends LifecycleMBeanBase
 {
	protected Service service = null;
    protected final ProtocolHandler protocolHandler;
}

不同的协议会对应不同的Connector，目前Tomcat支持HTTP（HTTPS）和AJP两种协议的Connector。另外同一种协议的内部也会根据网络IO方式的不同分为阻塞IO和非阻塞IO。下面以HTTP协议为列子简单介绍：

• Http11Protocol组件，是HTTP协议1.1版本的抽象，它包含接收客户端连接、接收客户端消息报文、报文解析处理、对客户端响应等整个过程。它主要包含JIoEndpoint组件和Http11Processor组件。启动时，JIoEndpoint组件内部的Acceptor组件将启动某个端口的监听，一个请求到来后将被扔进线程池Executor，线程池进行任务处理，处理过程中将通过Http11Processor组件对HTTP协议解析并传递到Engine容器继续理。
• Mapper组件，客户端请求的路由导航组件，通过它能对一个完整的请求地址进行路由，通俗地说，就是它能通过请求地址找到对应的Servlet。
• CoyoteAdaptor组件，一个将Connector和Container适配起来的适配器。

如上图所示，在非阻塞I/O方式下，Connector的结构类似阻塞模式，Http11Protocol组件改成Http11NioProtocol组件，JIoEndpoint组件改成NioEndpoint, Http11Processor组件改成Http11NioProcessor组件，这些类似的组件的功能也都类似。唯独多了一个Poller组件，它的职责是在非阻塞I/O方式下轮询多个客户端连接，不断检测、处理各种事件，例如不断检测各个连接是否有可读，对于可读的客户端连接则尝试进行读取并解析消息报文。

5. Engine组件

Tomcat内部有4个级别的容器，分别是Engine、Host、Context和Wrapper。Engine代表全局Servlet引擎，每个Service组件只能包含一个Engine容器组件，但Engine组件可以包含若干Host容器组件。除了Host之外，它还包含如下组件。

• Listener组件：可以在Tomcat生命周期中完成某些Engine容器相关工作的监听器。
• AccessLog组件：客户端的访问日志，所有客户端访问都会被记录。
• Cluster组件：它提供集群功能，可以将Engine容器需要共享的数据同步到集群中的其他Tomcat实例上。
• Pipeline组件：Engine容器对请求进行处理的管道。
• Realm组件：提供了Engine容器级别的用户-密码-权限的数据对象，

6. Host组件

Tomcat中Host组件代表虚拟主机，这些虚拟主机可以存放多个Web应用的抽象（Context容器）。除了Context组件之外，它还包含如下组件。

• Listener组件：可以在Tomcat生命周期中完成某些Host容器相关工作的监听器。

• AccessLog组件：客户端的访问日志，对该虚拟主机上所有Web应用的访问都会被记录。

• Cluster组件：它提供集群功能，可以将Host容器需要共享的数据同步到集群中的其他Tomcat实例 上。

• Pipeline组件：Host容器对请求进行处理的管道。

• Realm组件：提供了Host容器级别的用户-密码-权限的数据对象，配合资源认证模块使用。

7. Context组件

Context组件是Web应用的抽象，我们开发的Web应用部署到Tomcat后运行时就会转化成Context对象。它包含了各种静态资源、若干Servlet（Wrapper容器）以及各种其他动态资源。它主要包括如下组件。

• Listener组件：可以在Tomcat生命周期中完成某些Context容器相关工作的监听器。
• Filter组件：过滤器组件，提供统一的业务逻辑处理。
• AccessLog组件：客户端的访问日志，对该Web应用的访问都会被记录。
• Pipeline组件：Context容器对请求进行处理的管道。
• Realm组件：提供了Context容器级别的用户-密码-权限的数据对象，配合资源认证模块使用。
• Loader组件：Web应用加载器，用于加载Web应用的资源，它要保证不同Web应用之间的资源隔离
• Manager组件：会话管理器，用于管理对应Web容器的会话，包括维护会话的生成、更新和销毁。
• NamingResource组件：命名资源，它负责将Tomcat配置文件的server.xml和Web应用的context.xml资源和属性映射到内存中。
• Mapper组件：Servlet映射器，它属于Context内部的路由映射器，只负责该Context容器的路由导航.
• Wrapper组件：Context的子容器。

8. Wrapper组件

Wrapper容器是Tomcat中4个级别的容器中最小的，与之相对应的是Servlet，一个Wrapper对应一个Servlet。它包含如下组件。

• Servlet组件：Servlet即Web应用开发常用的Servlet，我们会在Servlet中编写好请求的逻辑处理。
• ServletPool组件：Servlet对象池，当Web应用的Servlet实现了SingleThreadModel接口时则会在Wrapper中产生一个Servlet对象池。线程执行时，需先从对象池中获取到一个Servlet对象，ServletPool组件能保证Servlet对象的线程安全。
• Pipeline组件：Wrapper容器对请求进行处理的管道。