Tomcat系列

1-系统架构与原理剖析

前言

作为一个后端开发，日常工作中几乎无时无刻不在使用Tomcat，但是也几乎只停留在使用容器上，接下来对Tomcat进行一个深入的学习

一、浏览器访问服务器的流程

b/s(浏览器/服务器)模式 浏览器也就是客户端(发送http请求) ———> 服务器端 这里我们回顾下浏览器访问服务器的流程，也就是http请求的流程 如下图，需要强调的是：http请求只是定义了数据的组织格式，也就是通信格式，只是一个应用层协议，底层的数据传输依靠的依旧是TCP/IP协议

二、Tomcat 系统总体架构

1.Tomcat是什么？

要回答这个问题我们先看一下Tomcat请求处理的大致过程

我们在使用浏览器访问或者请求某一个网站时，浏览器会向服务器发送http请求，也就是远程接收请求的是http服务器，http服务器在接受到请求以后，会调用具体的处理程序来处理，所以Tomcat是一个http服务器 但是如果Tomcat作为Http服务器直接调用处理类完成业务的处理的话就说明Tomcat和业务类完全耦合在了一起，那这个问题怎么解决呢？ 实际上，在Http服务器接收到请求以后会把请求交给Servlet服务器进行处理，由Servlet容器调用Servlet接口完成业务处理（Servlet规范），而Tomcat按照Servlet规范实现了Servlet容器，同时又具备Http服务器的功能，所以Tomcat有两个身份： Http服务器+Servlet服务器

所以Http只是和浏览器进行一个交互，具体的业务处理就交给了Servlet容器，完成了解耦

2.Tomcat Servlet容器处理流程

当用户请求某一个URL资源的时候，Tomcat Servlet容器的实际处理流程如下 1）HTTP服务器会把请求信息（原生的Request对象）使用ServletRequest对象封装起来 2）HTTP服务器带着ServletRequest对象请求Servlet服务器 3）Servlet服务器接收到请求后，根据URL和Servlet的映射关系，找到对应的Servlet 4）如果对应的Servlet没有找到（没有加载），则使用反射实例化对应的Servlet，并调用init方法完成初始化 5）执行对应的Servlet的对应service方法处理请求，并把请求结果封装到ServletResponse对象中 6）Servlet服务器将ServletResponse对象返回给Http服务器，HTTP服务器将ServletResponse对象装换成原生的Response对象发送给客户端

如下图所示

3.Tomcat 系统总体架构

通过上面的两部分学习，我们知道Tomcat有两个重要的功能需要完成 1）需要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，即Http服务器功能 2）使用Servlet容器处理业务逻辑，也就是Servlet容器功能

但是这个是从角色的角度将Tomcat分成了两个角色：Http服务器和Servlet容器两个角色 但是从设计的角度来说的话：Tomcat设计的是两个核心组件连接器组件（Connector）和容器组件（Container）两个组件来完成两大核心功能的 连接器组件，负责对外交流：处理socket链接，负责网络字节流与Request和Response对象的转化 容器组件，负责内部处理：加载和管理Servlet，以及具体处理Resuest请求

三、Tomcat 连接器组件 Coyote

1.Coyote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、发送请求并接收响应 他的作用如下： 1）Coyote封装了底层的网络通信（Socket请求及响应的处理） 2）Coyote是Catalina容器（容器组件后边讲）与具体请求的协议及IO操作方式完全解耦 3）Coyote将Socket输入转换封装为Request对象，进一步分装后交由Catalina容器进行处理，处理请求完成后，Catalina容器通过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

2.Tomcat Coyote支持的IO模型和协议

Tomcat支持多种应用层协议和I/O模型，如下： 这里提一下：在tomcat8.0之前，还支持BIO（同步阻塞IO），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(采用APR的话需要独立安装APR的库) 目前新版本的Tomcat默认的IO模型是NIO，默认的协议是HTTP/1.1

3.Coyote的内部组件及流程

1）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 2）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 3）ProtocolHandler （相当于EndPoint和Processor的组合组件） 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 4）Adapter（适配器）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

四、Tomcat Servlet 容器 Catalina

1.Tomcat 模块分层结构图及Catalina位置

Tomcat是一个有一系列可配置的组件构成的Web容器（在conf/server.xml中配置），而Catalina是Tomcat的Servlet容器组件 我们先看一下Tomcat的模块封层结构图 从分层结构上很明显能看见： 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

2.Servlet容器Catalina的结构

由于Catalina在Tomcat中的核心地位，一般可以直接认为Tomcat就是一个Catalina容器的实例 我们来看下它的结构图： Tomcat在启动的时候会初始化Catalina实例，Catalina实例通过加载server.xml完成其他实例的创建，从而创建并管理一个Server实例，Server实例创建并管理多个服务，每个服务又可以有多个Connector和一个Container 即： 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容器以及其它组件，负责组装并启动Servlaet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

3.Container 组件的具体结构

上面的Catalina结构图中看到Container组件容器中还有很多层，我们来一一分析下 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(或者说容器)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（引擎）：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 后面我们再继续进行server.xml文件配置的学习