Tomcat啟動過程原理詳解

 

基於Java的Web 應用程序是 servlet、JSP 頁面、靜態頁面、類和其他資源的集合，它們可以用標准方式打包，並運行在來自多個供應商的多個容器。Web 應用程序存在於結構化層次結構的目錄中，該層次結構是由 Java Servlet 規范定義的。Web 應用程序的根目錄包含直接存儲或存儲在子文件夾中的所有公共資源，比如圖像、HTML 頁面等。構成：Web應用由Web組件(一組Java類庫)、html文件，靜態資源文件（如圖像）、幫助類和庫組成。

Tomcat 服務器是一個免費的開放源代碼的Web 應用服務器。
Tomcat 是一個小型的輕量級應用服務器，在中小型系統和並發訪問用戶不是很多的場合下被普遍使用，是開發和調試JSP 程序的首選。對於一個初學者來說，可以這樣認為，當在一台機器上配置好Apache 服務器，可利用它響應對HTML 頁面的訪問請求。實際上Tomcat 部分是Apache 服務器的擴展，但它是獨立運行的，所以當你運行tomcat 時，它實際上作為一個與Apache 獨立的進程單獨運行的。 
這里的訣竅是，當配置正確時，Apache 為HTML頁面服務，而Tomcat 實際上運行JSP 頁面和Servlet。另外，Tomcat和IIS、Apache等Web服務器一樣，具有處理HTML頁面的功能，另外它還是一個Servlet和JSP容器，獨立的Servlet容器是Tomcat的默認模式。不過，Tomcat處理靜態HTML的能力不如Apache服務器。

 

1 – Tomcat Server的組成部分

 

1.1 – Server

A Server element represents the entire Catalina servlet container. (Singleton)

Server表示整個的Catalina Servlet容器。  Tomcat提供了Server接口的一個默認實現，這通常不需要用戶自己去實現。在Server容器中，可以包含一個或多個Service組件。

1.2 – Service

A Service element represents the combination of one or more Connector components that share a single Engine
Service是這樣一個集合：它由一個或者多個Connector組成，以及一個Engine，負責處理所有Connector所獲得的客戶請求

Service是存活在Server內部的中間組件，它將一個或多個連接器（Connector）組件綁定到一個單獨的引擎（Engine）上。在Server中，可以包含一個或多個Service組件。Service也很少由用戶定制，Tomcat提供了Service接口的默認實現，而這種實現既簡單又能滿足應用。

1.3 – Connector

一個Connector將在某個指定端口上偵聽客戶請求，並將獲得的請求交給Engine來處理，從Engine處獲得回應並返回客戶TOMCAT有兩個典型的Connector，一個直接偵聽來自browser的http請求，一個偵聽來自其它WebServer的請求Coyote Http/1.1 Connector 在端口8080處偵聽來自客戶browser的http請求Coyote JK2 Connector 在端口8009處偵聽來自其它WebServer(Apache)的servlet/jsp代理請求

連接器（Connector）處理與客戶端的通信，它負責接收客戶請求，以及向客戶返回響應結果。在Tomcat中，有多個連接器可以使用。

 

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 Connectorsand returns the completed response to the Connector for ultimate transmission back to the client
Engine下可以配置多個虛擬主機Virtual Host，每個虛擬主機都有一個域名當Engine獲得一個請求時，它把該請求匹配到某個Host上，然后把該請求交給該Host來處理Engine有一個默認虛擬主機，當請求無法匹配到任何一個Host上的時候，將交給該默認Host來處理

在Tomcat中，每個Service只能包含一個Servlet引擎（Engine）。引擎表示一個特定的Service的請求處理流水線。作為一個Service可以有多個連接器，引擎從連接器接收和處理所有的請求，將響應返回給適合的連接器，通過連接器傳輸給用戶。用戶允許通過實現Engine接口提供自定義的引擎，但通常不需要這么做。

1.5 – Host

代表一個Virtual Host，虛擬主機，每個虛擬主機和某個網絡域名Domain Name相匹配每個虛擬主機下都可以部署(deploy)一個或者多個Web App，每個Web App對應於一個Context，有一個Context path當Host獲得一個請求時，將把該請求匹配到某個Context上，然后把該請求交給該Context來處理匹配的方法是“最長匹配”，所以一個path==”"的Context將成為該Host的默認Context所有無法和其它Context的路徑名匹配的請求都將最終和該默認Context匹配

Host表示一個虛擬主機，一個引擎可以包含多個Host。用戶通常不需要創建自定義的Host，因為Tomcat給出的Host接口的實現（類StandardHost）提供了重要的附加功能。

1.6 – Context

一個Context對應於一個Web Application，一個Web Application由一個或者多個Servlet組成Context在創建的時候將根據配置文件$CATALINA_HOME/conf/web.xml和$WEBAPP_HOME/WEB-INF/web.xml載入Servlet類當Context獲得請求時，將在自己的映射表(mapping table)中尋找相匹配的Servlet類如果找到，則執行該類，獲得請求的回應，並返回

一個Context表示了一個Web應用程序，運行在特定的虛擬主機中。什么是Web應用程序呢？在Sun公司發布的Java Servlet規范中，對Web應用程序做出了如下的定義：“一個Web應用程序是由一組Servlet、HTML頁面、類，以及其他的資源組成的運行在Web服務器上的完整的應用程序。它可以在多個供應商提供的實現了Servlet規范的Web容器中運行”。一個Host可以包含多個Context（代表Web應用程序），每一個Context都有一個唯一的路徑。用戶通常不需要創建自定義的Context，因為Tomcat給出的Context接口的實現（類StandardContext）提供了重要的附加功能。

 

2 – Tomcat Server的結構圖

3 – 配置文件$CATALINA_HOME/conf/server.xml的說明

該文件描述了如何啟動Tomcat Server

 

<!----------------------------------------------------------------------------------------------->

<!-- 啟動Server 在端口 8005處等待關閉命令 如果接受到"SHUTDOWN"字符串則關閉服務器 -->

<Server port= "8005" shutdown="SHUTDOWN" debug="0">

<!-- Listener ??? 目前沒有看到這里 -->

<Listener className="org.apache.catalina.mbeans.ServerLifecycleListener" debug="0"/>

<Listener className="org.apache.catalina.mbeans.GlobalResourcesLifecycleListener" debug="0"/>

<!-- Global JNDI resources ??? 目前沒有看到這里，先略去 -->

<GlobalNamingResources>

... ... ... ...

</GlobalNamingResources>

<!-- Tomcat的Standalone Service Service是一組Connector的集合 它們共用一個Engine來處理所有Connector收到的請求 -->

<Service name="Tomcat-Standalone">

<!-- Coyote HTTP/1.1 Connector className : 該Connector的實現類是org.apache.coyote.tomcat4.CoyoteConnector port :

在端口號8080處偵聽來自客戶browser的HTTP1.1請求 minProcessors : 該Connector先創建5個線程等待客戶請求，

每個請求由一個線程負責 maxProcessors : 當現有的線程不夠服務客戶請求時，若線程總數不足75個，則創建新線程來處理請求

acceptCount : 當現有線程已經達到最大數75時，為客戶請求排隊 當隊列中請求數超過100時，后來的請求返回Connection refused

錯誤 redirectport : 當客戶請求是https時，把該請求轉發到端口8443去 其它屬性略 -->

<Connector className="org.apache.coyote.tomcat4.CoyoteConnector"

port="8080"

minProcessors="5" maxProcessors="75" acceptCount="100"

enableLookups="true"

redirectPort="8443"

debug="0"

connectionTimeout="20000"

useURIValidationHack="false"

disableUploadTimeout="true" />

<!-- Engine用來處理Connector收到的Http請求 它將匹配請求和自己的虛擬主機，

並把請求轉交給對應的Host來處理默認虛擬主機是localhost -->

<Engine name="Standalone" defaultHost="localhost" debug="0">

<!-- 日志類，目前沒有看到，略去先 -->

<Logger className="org.apache.catalina.logger.FileLogger" .../>

<!-- Realm，目前沒有看到，略去先 -->

<Realm className="org.apache.catalina.realm.UserDatabaseRealm" .../>

<!-- 虛擬主機localhost appBase : 該虛擬主機的根目錄是webapps/ 它將匹配請求和

自己的Context的路徑，並把請求轉交給對應的Context來處理 -->

<Host name="localhost" debug="0" appBase="webapps" unpackWARs="true" autoDeploy="true">

<!-- 日志類，目前沒有看到，略去先 -->

<Logger className="org.apache.catalina.logger.FileLogger" .../>

<!-- Context，對應於一個Web App path : 該Context的路徑名是""，故該Context是該Host的

默認Context docBase : 該Context的根目錄是webapps/mycontext/ -->

<Context path="" docBase="mycontext" debug="0"/>

<!-- 另外一個Context，路徑名是/wsota -->

<Context path="/wsota" docBase="wsotaProject" debug="0"/>

</Host>

</Engine>

</Service>

</Server>

<!----------------------------------------------------------------------------------------------->

4 – Context的部署配置文件web.xml的說明

一個Context對應於一個Web App，每個Web App是由一個或者多個servlet組成的
當一個Web App被初始化的時候，它將用自己的ClassLoader對象載入“部署配置文件web.xml”中定義的每個servlet類
它首先載入在$CATALINA_HOME/conf/web.xml中部署的servlet類
然后載入在自己的Web App根目錄下的WEB-INF/web.xml中部署的servlet類
web.xml文件有兩部分：servlet類定義和servlet映射定義
每個被載入的servlet類都有一個名字，且被填入該Context的映射表(mapping table)中，和某種URL PATTERN對應
當該Context獲得請求時，將查詢mapping table，找到被請求的servlet，並執行以獲得請求回應

分析一下所有的Context共享的web.xml文件，在其中定義的servlet被所有的Web App載入

 

<!----------------------------------------------------------------------------------------------->

<web-app>

<!-- 概述： 該文件是所有的WEB APP共用的部署配置文件， 每當一個WEB APP

被DEPLOY，該文件都將先被處理，然后才是WEB APP自己的/WEB-INF/web.xml -->

<!-- +-------------------------+ -->

<!-- | servlet類定義部分 | -->

<!-- +-------------------------+ -->

<!-- DefaultServlet

當用戶的HTTP請求無法匹配任何一個servlet的時候，該servlet被執行

URL PATTERN MAPPING : / -->

<servlet>

<servlet-name> default</servlet-name>

<servlet- class>

org.apache.catalina.servlets.DefaultServlet

</servlet-class>

<init-param>

<param-name>debug</param-name>

<param-value>0</param-value>

</init-param>

<init-param>

<param-name>listings</param-name>

<param-value>true</param-value>

</init-param>

<load-on-startup>1</load-on-startup>

</servlet>

<!-- InvokerServlet

處理一個WEB APP中的匿名servlet 當一個servlet被編寫並編譯放入

/WEB-INF/classes/中，卻沒有在/WEB-INF/web.xml中定義的時候

該servlet被調用，把匿名servlet映射成/servlet/ClassName的形式

URL PATTERN MAPPING : /servlet/* -->

<servlet>

<servlet-name>invoker</servlet-name>

<servlet-class>org.apache.catalina.servlets.InvokerServlet </servlet-class>

<init-param>

<param-name>debug</param-name>

<param-value>0</param-value>

</init-param>

<load-on-startup>2</load-on-startup>

</servlet>

<!-- JspServlet

當請求的是一個JSP頁面的時候（*.jsp）該servlet被調用

它是一個JSP編譯器，將請求的JSP頁面編譯成為servlet再執行

URL PATTERN MAPPING : *.jsp -->

<servlet>

<servlet-name>jsp</servlet-name>

<servlet-class>org.apache.jasper.servlet.JspServlet</servlet-class>

<init-param>

<param-name>logVerbosityLevel</param-name>

<param-value>WARNING</param-value>

</init-param>

<load-on-startup>3</load-on-startup>

</servlet>

<!-- +---------------------------+ -->

<!-- | servlet映射定義部分 | -->

<!-- +---------------------------+ -->

<servlet-mapping>

<servlet-name>default</servlet-name>

<url-pattern>/</url-pattern>

</servlet-mapping>

<servlet-mapping>

<servlet-name>invoker</servlet-name>

<url-pattern>/servlet/*</url-pattern>

</servlet-mapping>

<servlet-mapping>

<servlet-name>jsp</servlet-name>

<url-pattern>*.jsp</url-pattern>

</servlet-mapping>

<!-- +------------------------+ -->

<!-- | 其它部分，略去先 | -->

<!-- +------------------------+ -->

... ... ... ...

</web-app>

<!----------------------------------------------------------------------------------------------->

5 – Tomcat Server處理一個http請求的過程

 

假設來自客戶的請求為： http://localhost:8080/wsota/wsota_index.jsp 1) 請求被發送到本機端口8080，被在那里偵聽的Coyote HTTP/1.1 Connector獲得 2) Connector把該請求交給它所在的Service的Engine來處理 ，並等待來自Engine的回應 3) Engine獲得請求localhost/wsota/wsota_index.jsp，匹配它所擁有的所有虛擬主機Host 4) Engine匹配到名為localhost的Host（即使匹配不到也把請求交給該Host處理，因為該Host被定義為該Engine的默認主機） 5) localhost Host獲得請求/wsota/wsota_index.jsp，匹配它所擁有的所有Context 6) Host匹配到路徑為/wsota的Context（如果匹配不到就把該請求交給路徑名為”"的Context去處理） 7) path=”/wsota”的Context獲得請求/wsota_index.jsp，在它的mapping table中尋找對應的servlet 8) Context匹配到URL PATTERN為*.jsp的servlet，對應於JspServlet類 9) 構造HttpServletRequest對象和HttpServletResponse對象，作為參數調用JspServlet的doGet或doPost方法 10)Context把執行完了之后的HttpServletResponse對象返回給Host 11)Host把HttpServletResponse對象返回給Engine 12)Engine把HttpServletResponse對象返回給Connector 13)Connector把HttpServletResponse對象返回給客戶browser