Tomcat服务器原理详解
【目录】本文主要讲解Tomcat启动和部署webapp时的原理和过程，以及其使用的配置文件的详解。主要有三大部分：
第一部分、Tomcat的简介和启动过程
第二部分、Tomcat部署webapp
第三部分、Tomcat处理一个http请求的过程
【简介】
Tomcat依赖<CATALINA_HOME>/conf/server.xml这个配置文件启动server（一个Tomcat实例，核心就是启动容器Catalina）。
Tomcat部署Webapp时，依赖context.xml和web.xml（<CATALINA_HOME>/conf/目录下的context.xml和web.xml在部署任何webapp时都会启动，他们定义一些默认行为，而具体每个webapp的 META-INF/context.xml 和 WEB-INF/web.xml 则定义了每个webapp特定的行为）两个配置文件部署web应用。
第一部分、Tomcat的简介和启动过程
一、Tomcat的下载包解压之后的目录
tomcat根目录在tomcat中叫<CATALINA_HOME>
<CATALINA_HOME>/bin：存放各种平台下启动和关闭Tomcat的脚本文件.其中 有个档是catalina.bat,打开这个windos配置文件,在非注释行加入JDK路径,例如 : SET JAVA_HOME=C:\j2sdk1.4.2_06 保存后,就配置好tomcat环境了. startup.bat是windows下启动tomcat的文件,shutdown.bat是关闭tomcat的文件.
<CATALINA_HOME>/conf：存放不同的配置文件（如：server.xml和web.xml）；
server.xml文件:该文件用于配置和server相关的信息，比如tomcat启动的端口号、配置host主机、配置Context
web.xml文件：部署描述文件，这个web.xml中描述了一些默认的servlet，部署每个webapp时，都会调用这个文件，配置该web应用的默认servlet。
tomcat-users.xml文件：配置tomcat的用户密码与权限。
context.xml：定义web应用的默认行为。
<CATALINA_HOME>/lib：存放Tomcat运行需要的库文件（JARS）；
<CATALINA_HOME>/logs：存放Tomcat执行时的LOG文件；
<CATALINA_HOME>/temp：
<CATALINA_HOME>/webapps：Tomcat的主要Web发布目录（包括应用程序示例）；
<CATALINA_HOME>/work：存放jsp编译后产生的class文件；
二、Tomcat启动过程
1、开启Tomcat：可以在IDE中启动Tomcat的服务器，也可以手动在<CATALINA_HOME>/bin/目录下找到startup.bat并双击，然后程序就会依次执行以下步骤：
（1）引导（Bootstrap）启动：调用了org.apache.catalina.startup.Bootstrap.class中的main方法，开始启动Tomcat容器；main方法如下：
2）调用Bootstrap中的init（），创建了Catalina对象（核心容器）：主要进行了以下三步：
① Set up the environment variables required by this Tomcat instance
② Instantiate the general class loaders that will be used for our running Tomcat instance
③ Initialize this Tomcat instance
（3）调用Bootstrap中的load（）：实际上是通过反射调用了catalina的load方法。
①Parse the main configuration file for a Tomcat instance, server.xml, converting each configuration element into the appropriate Tomcat component1。（找到config file（server.xml）；然后创建digester，解析server.xml，生成各组件对象（Server、Service、Container、Connector等）以及建立相互之间的关系。 ）
（4）Start up our outermost Top Level Element—the Server instance。（最后start()，同样是在Bootstrap中通过反射调用catalina对象的start方法。接着启动server.start()方法：((Lifecycle) getServer()).start(); 接着调用service.start()方法。接下来是一系列的container的start，后续在分析（会部署所有的项目）
（5）Set up a shutdown hook
A shutdown hook is a standard Thread that encapsulates cleanup actions that should be taken before the Java runtime exits. All shutdown hooks are called by the runtime when the JVM is shutting down.
Therefore,
the last task that we perform is to install a shutdown hook,
as implemented by CatalinaShutdownHook. This hook is registered with
the Java Runtime by invoking its addShutdownHook() method:
Runtime.getRuntime().addShutdownHook()，
三、server.xml配置简介：
下面讲述这个文件中的基本配置信息，更具体的配置信息请参考tomcat的文档：
四、web.xml配置简介：
1、默认(欢迎)文件的设置
在tomcat4\conf\web.xml中，<welcome-file-list>与IIS中的默认文件意思相同。
<welcome-file-list>
<welcome-file>index.html</welcome-file>
<welcome-file>index.htm</welcome-file>
<welcome-file>index.jsp</welcome-file>
</welcome-file-list>
2、报错文件的设置
<error-page>
<error-code>404</error-code>
<location>/notFileFound.jsp</location>
</error-page>
<error-page>
<exception-type>java.lang.NullPointerException</exception-type>
<location>/null.jsp</location>
</error-page>
如果某文件资源没有找到，服务器要报404错误，按上述配置则会调用\webapps\ROOT\notFileFound.jsp。
如果执行的某个JSP文件产生NullPointException ，则会调用\webapps\ROOT\null.jsp
3、会话超时的设置
设置session 的过期时间，单位是分钟；
<session-config>
<session-timeout>30</session-timeout>
</session-config>
4、过滤器的设置
<filter>
<filter-name>FilterSource</filter-name>
<filter-class>project4. FilterSource </filter-class>
</filter>
<filter-mapping>
<filter-name>FilterSource</filter-name>
<url-pattern>/WwwServlet</url-pattern>
(<url-pattern>/haha/*</url-pattern>)
</filter-mapping>
过滤：
1) 身份验证的过滤Authentication Filters
2) 日志和审核的过滤Logging and Auditing Filters
3) 图片转化的过滤Image conversion Filters
4) 数据压缩的过滤Data compression Filters
5) 加密过滤Encryption Filters
6) Tokenizing Filters
7) 资源访问事件触发的过滤Filters that trigger resource access events XSL/T 过滤XSL/T filters
9) 内容类型的过滤Mime-type chain Filter 注意监听器的顺序，如：先安全过滤，然后资源，
然后内容类型等，这个顺序可以自己定。
五、管理
1、用户配置
在进行具体Tomcat管理之前，先给tomcat添加一个用户，使这个用户有权限来进行管理。
打开conf目录下的tomcat-users.xml文件，在相应的位置添加下面一行：
<user name="user" password="user" roles="standard,manager"/>
然后重起 tomcat，在浏览器中输入http://localhost:8080/manager/，会弹出对话框，输入上面的用户
名和密码即可。
2、应用程序列表
在浏览器中输入http://localhost:8080/manager/list，浏览器将会显示如下的信息：
OK - Listed applications for virtual host localhost
/ex:running:1
/examples:running:1
/webdav:running:0
/tomcat-docs:running:0
/manager:running:0
/:running:0
上面显示的信息分别为：应用程序的路径、当前状态、连接这个程序的session数
3、重新装载应用程序
在浏览器中输入 http://localhost:8080/manager/reload?path=/examples，浏览器显示如下：
OK - Reloaded application at context path /examples
这表示example应用程序装载成功，如果我们将server.xml的Context元素的reloadable属性设为true，则没必要利用这种方式重新装载应用程序，因为tomcat会自动装载。
4、显示session信息
在浏览器中输入http://localhost:8080/manager/sessions?path=/examples，浏览器显示如下：
OK - Session information for application at context path /examples Default maximum session inactive
interval 30 minutes
5、启动和关闭应用程序
在浏览器中输入http://localhost:8080/manager/start?path=/examples和
http://localhost:8080/manager/stop?path=/examples分别启动和关闭examples应用程序。
六 、 Tomcat Server的组成部分
1.1 – Server
A Server element represents the entire Catalina servlet container. (Singleton)
1.2 – Service
A Service element represents the combination of one or more Connector components that share a single Engine
Service是这样一个集合：它由一个或者多个Connector组成，以及一个Engine，负责处理所有Connector所获得的客户请求
1.3 – Connector
一个Connector将在某个指定端口上侦听客户请求，并将获得的请求交给Engine来处理，从Engine处获得回应并返回客户
TOMCAT有两个典型的Connector，一个直接侦听来自browser的http请求，一个侦听来自其它WebServer的请求
Coyote Http/1.1 Connector 在端口8080处侦听来自客户browser的http请求
Coyote JK2 Connector 在端口8009处侦听来自其它WebServer(Apache)的servlet/jsp代理请求
1.4 – Engine
The Engine element represents the entire request processing machinery associated with a particular Service
It receives and processes all requests from one or more Connectors
and returns the completed response to the Connector for ultimate transmission back to the client
Engine下可以配置多个虚拟主机Virtual Host，每个虚拟主机都有一个域名
当Engine获得一个请求时，它把该请求匹配到某个Host上，然后把该请求交给该Host来处理
Engine有一个默认虚拟主机，当请求无法匹配到任何一个Host上的时候，将交给该默认Host来处理
1.5 – Host
代表一个Virtual Host，虚拟主机，每个虚拟主机和某个网络域名Domain Name相匹配
每个虚拟主机下都可以部署(deploy)一个或者多个Web App，每个Web App对应于一个Context，有一个Context path
当Host获得一个请求时，将把该请求匹配到某个Context上，然后把该请求交给该Context来处理
匹配的方法是“最长匹配”，所以一个path==”"的Context将成为该Host的默认Context
所有无法和其它Context的路径名匹配的请求都将最终和该默认Context匹配
1.6 – Context
一个Context对应于一个Web Application，一个Web Application由一个或者多个Servlet组成
Context在创建的时候将根据配置文件$CATALINA_HOME/conf/web.xml和$WEBAPP_HOME/WEB-INF/web.xml载入Servlet类
当Context获得请求时，将在自己的映射表(mapping table)中寻找相匹配的Servlet类
如果找到，则执行该类，获得请求的回应，并返回
2 – Tomcat Server的结构图
【Tomcat的启动过程】Tomcat 先根据/conf/server.xml 下的配置启动Server，再加载Service，对于与Engine相匹配的Host，每个Host 下面都有一个或多个Context。
注意：Context 既可配置在server.xml 下，也可配置成一单独的文件，放在conf\Catalina\localhost 下，简称应用配置文件。
Web Application 对应一个Context，每个Web Application 由一个或多个Servlet 组成。当一个Web Application 被初始化的时候，它将用自己的ClassLoader 对象载入部署配置文件web.xml 中定义的每个Servlet 类：它首先载入在$CATALINA_HOME/conf/web.xml中部署的Servlet 类，然后载入在自己的Web Application 根目录下WEB-INF/web.xml 中部署的Servlet 类。
web.xml 文件有两部分：Servlet 类定义和Servlet 映射定义。
每个被载入的Servlet 类都有一个名字，且被填入该Context 的映射表(mapping table)中，和某种URL 路径对应。当该Context 获得请求时，将查询mapping table，找到被请求的Servlet，并执行以获得请求响应。
所以，对于Tomcat 来说，主要就是以下这几个文件：conf 下的server.xml、web.xml，以及项目下的web.xml，加载就是读取这些配置文件。
3 – 配置文件$CATALINA_HOME/conf/server.xml的说明
该文件描述了如何启动Tomcat Server
第二部分、Tomcat部署webapp
1、Context的部署配置文件web.xml的说明
一个Context对应于一个Web App，每个Web App是由一个或者多个servlet组成的。
当一个Web
App被初始化的时候，便会为这个webapp创建一个context对象，并把这个context对象注册到指定虚拟主机（host）上，接着，它将用
自己的ClassLoader对象载入“部署配置文件web.xml”中定义的每个servlet类。它首先载入在$CATALINA_HOME/conf/web.xml中部署的servlet类，然后载入在自己的Web App根目录下的WEB-INF/web.xml中部署的servlet类。
web.xml文件有两部分：servlet类定义和servlet映射定义
每个被载入的servlet类都有一个名字，且被填入该Context的映射表(mapping table)中，和某种URL PATTERN对应。当该Context获得请求时，将查询mapping table，找到被请求的servlet，并执行以获得请求回应
分析一下所有的Context共享的web.xml文件，在其中定义的servlet被所有的Web App载入
2、Context.xml和Context节点说明：
（1） 在tomcat 5.5之前
Context体现在/conf/server.xml中的<Host>里的<Context>元素，它由Context接口定义。每个<Context>元素代表了运行在虚拟主机上的单个Web应用
① path：即要建立的虚拟目录，,注意是/kaka，访问Web应用的 上下文根，如http://localhost:8080/kaka/****。这个属性必须是唯一的，对应一个webapp。
② docBase：为应用程序的路径或WAR文件存放的路径 ，可以是绝对路径 ，也可是相对路径，相对路径是相对于<Host >
③ reloadable：如果这个属性设为true，Tomcat服务器在运行状态下会监视在WEB-INF/classes和Web-INF
/lib目录CLASS文件的改变，如果监视到有class文件被更新，服务器自动重新加载Web应用，这样我们可以在不重起tomcat的情况下改变应
用程序
一个Host元素中嵌套任意多的Context元素。每个Context的路径必须是惟一的，由path属性定义。另外，你必须定义一个path=“”的context，这个Context称为该虚拟主机的缺省web应用，用来处理那些不能匹配任何Context的Context路径的请求。
（2）在tomcat 5.5之后
不推荐在server.xml中进行配置，而是在/conf/context.xml中进行独立的配置。因 为 server.xml 是不可动态重加载的资源，服务器一旦启动了以后，要修改这个文件，就得重启服务器才能重新加载。而 context.xml 文件则不然， tomcat 服务器会定时去扫描这个文件。一旦发现文件被修改（时间戳改变了），就会自动重新加载这个文件，而不需要重启服务器 。
（3）context.xml的三个作用范围
① tomcat server级别：
在/conf/context.xml里配置。（因为这个contex.xml是每个webapp都会读取的，所以在这个文件里面定义的节点都是全局性的，即每个webapp都会出现）
② Host级别：（有多个虚拟主机的时候才会用到）
在/conf/Catalina/${hostName}里添加context.xml，继而进行配置
③ web app 级别：（这个context.xml是对应各自特定webapp的，属于webapp内部）
在/conf/Catalina/${hostName}里添加${webAppName}.xml，继而进行配置（这个Context）
第三部分、Tomcat处理一个http请求的过程
1– Tomcat Server处理一个http请求的过程
假设来自客户的请求为：
http://localhost:8080/wsota/wsota_index.jsp
1) 请求被发送到本机端口8080，被在那里侦听的Coyote HTTP/1.1 Connector获得
（1-1）Connector的主要任务是负责接收浏览器的发过来的 tcp 连接请求，创建一个 Request 和 Response 对象分别用于和请求端交换数据，然后会产生一个线程来处理这个请求并把产生的 Request 和 Response 对象传给处理这个请求的线程
2) Connector把该请求交给它所在的Service的Engine来处理，并等待来自Engine的回应
3) Engine获得请求localhost/wsota/wsota_index.jsp，匹配它所拥有的所有虚拟主机Host
4) Engine匹配到名为localhost的Host（即使匹配不到也把请求交给该Host处理，因为该Host被定义为该Engine的默认主机）
5) localhost Host获得请求/wsota/wsota_index.jsp，匹配它所拥有的所有Context
6) Host匹配到路径为/wsota的Context（如果匹配不到就把该请求交给路径名为”"的Context去处理）
7) path=”/wsota”的Context获得请求/wsota_index.jsp，在它的mapping table中寻找对应的servlet
8) Context匹配到URL PATTERN为*.jsp的servlet，对应于JspServlet类
9) 构造HttpServletRequest对象和HttpServletResponse对象，作为参数调用JspServlet的doGet或doPost方法
10)Context把执行完了之后的HttpServletResponse对象返回给Host
11)Host把HttpServletResponse对象返回给Engine
12)Engine把HttpServletResponse对象返回给Connector
13)Connector把HttpServletResponse对象返回给客户browser
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