【Tomcat】Tomcat原理与系统架构

目录

• 版本：
• 一，目录说明
• 二，浏览器访问服务器的流程
• 三，Tomcat系统总体架构
  • 3.1 Tomcat请求的大致流程
  • 3.2 Servlet容器处理请求流程
  • 3.3 Tomcat系统总体架构
• 四，Tomcat连接器组件Coyote
  • 4.1 简介
  • 4.2 Coyote内部组件以及流程
• 五，Tomcat Servlet 容器 Catalina
  • 5.1 Tomcat模块分层结构图及Catalina位置
  • 5.2 Servlet容器Catalina结构
  • 5.2 Container组件的具体结构

版本：

https://archive.apache.org/dist/tomcat/tomcat-8/v8.5.50/

一，目录说明

• bin/
  bin目录下关注两个文件：启动和停止的脚本文件
  启动：startup.bat(win)，startup.sh(Linux & Mac)
  停止：shutdown.bat(win)，shutdown.sh(Linux & Mac)
• conf/ 配置文件存放的目录
  logging.properties：日志的配置
  server.xml：服务器配置文件，例如端口的指定
  tomcat-users.xml：定义了tomcat的角色以及角色拥有的功能
  web.xml：全局配置，很熟悉，我们java web工程也有自己的web.xml，这个是Tomcat级别的，自己的web.xml如果和它重复那么自己的会覆盖Tomcat的。
• lib/ 存放jar包
  tomcat本身也是基于java开发的，它的运行也依赖于一些基础的jar包
• logs/ 存放日志
• temp/ 临时目录
• webapps/ 默认发布项目的目录
  当我们发布一个项目时，需要把我们项目的jar包（如发布jar包，它会解压出来）或者文件存放在该目录
• work/ jsp编译运行存放过程文件的目录

二，浏览器访问服务器的流程

Http请求的处理过程：

http请求只是定义了数据的组织格式（通讯格式），是一个应用层协议，数据传输依靠的是TCP/IP协议。

1. 用户发起请求（url地址、点击、搜索等）动作被浏览器捕获
2. 浏览器发送TCP连接请求，到服务器（socket处理）
3. 服务器接收请求并建立连接（三次握手）
4. 连接上之后，浏览器生成Http协议格式（比如说定义请求头里放xxxx，请求体里放xxxxx）的数据包
5. 浏览器发送请求数据包（也是依靠TCP协议）
6. 服务器解析Http格式的数据包
7. 服务器执行请求完成业务逻辑
8. 服务器生成Http协议格式的数据包
9. 服务器发送响应数据包（同样依靠TCP协议）
10. 浏览器解析Http格式的数据包
11. 浏览器呈现静态数据给用户

传输的形式：

三，Tomcat系统总体架构

3.1 Tomcat请求的大致流程

Tomcat是一个Http服务器(因为它能够接收处理Http请求)

我们使⽤浏览器向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，往往不同的请求由不同的Java类完成处理。

大致流程：与上图不同，增加了Servlet容器解耦

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

3.2 Servlet容器处理请求流程

当⽤户请求某个URL资源时

1. HTTP服务器会把请求信息封装成Request对象，然后转换为ServletRequest对象
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（反射）
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服务器会把响应发送给客户端

3.3 Tomcat系统总体架构

从上可以看出，Tomcat两个重要的功能：

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；

四，Tomcat连接器组件Coyote

4.1 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（容器组件的名称）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（再次封装为ServletRequest）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 Coyote支持的IO模型与协议：

应用层默认协议：HTTP/1.1
传输层默认IO模型：NIO

在 8.0 之前 ，Tomcat 默认采⽤的I/O⽅式为 BIO（同步阻塞IO），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。

4.2 Coyote内部组件以及流程

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

五，Tomcat Servlet 容器 Catalina

5.1 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。

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。

模块分层结构图：

5.2 Servlet容器Catalina结构

也可以这么说：Tomcat就是一个Catalina的实例，因为Catalina是Tomcat的核心。

Tomcat/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）

对应关系：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
  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

5.2 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。