tomcat架構分析及配置詳解

瀏覽器訪問服務器的流程

請求發起的過程：

注意：瀏覽器訪問服務器使用的是http協議，http是應用層協議，而具體傳輸還是使用的TCP/IP協議

Tomcat系統總架構

2.1 Tomcat請求處理過程

一個http請求過來，Tomcat會接收，然后根據配置調用不同的servlet來進行處理。

為了解耦，設計了一個Tomcat容器：

因此，Tomcat不僅是一個http服務器，還是一個servlet容器。這也就是它的兩個重要的功能：

1. 和客戶端瀏覽器交互，進行socket通信，將字節流和Request/Response對象進行轉換
2. Servlet容器處理邏輯

Tomcat設計了兩個核心組件來完成這兩大功能

1. 連接器：處理Socket連接
2. 容器：加載和管理Servlet

Servlet接口和Servlet容器這一整套內容叫做Servlet規范。

2.2 Tomcat Servlet容器處理流程

當用戶請求某個URL資源時

1. Http服務器會把請求信息使用ServletRuest對象封裝起來
2. 根據URL和Servlet的映射關系，找到對應的Servlet，進一步去某個具體的Servlet
3. 如果Servlet還沒有被加載，就用反射機制創建這個Servlet，並調用Servlet的init方法來完成初始化
4. 接着調用這個具體的Servlet的service方法來處理請求，請求處理結果使用ServletResponse對象封裝
5. 把ServletResponse對象返回給HTTP服務器，HTTP服務器會把響應結果發送給客戶端

Tomcat連接器組件 Coyote(開椰踢)

3.1 Coyote簡介

Coyote是Tomcat中連接器組件的名稱，是對外的接口。客戶端通過Coyote與服務器建立連接，發送請求並接收響應。

1. Coyote封裝了底層的網絡通信（Socket請求及響應）
2. Coyote使容器組件與具體的請求協議及IO操作完全解耦
3. Coyote 將Socket輸入轉換封裝為Request對象，進一步封裝后交由Servlet的容器處理，請求處理完成后，容器通過Coyote提供的Response對象將結果寫入輸出流
4. Coyote負責的是具體協議（應用層）和IO（傳輸層）相關內容

Tomcat支持多種應用層協議和IO模型：

名稱	應用層協議或IO模型	描述
應用層	HTTP/1.1	這時大部分Web應用采用的訪問協議
應用層	AJP	用於和WX集成（如Apache），以實現對靜態資源的優化以及集群部署，當前支持AJP/1.3
應用層	HTTP/2	HTTP2大幅度提升了Web性能。下一代HTTP協議，自8.5以及9.0版本之后支持。
傳輸層	NIO	非阻塞I/O，采用Java NIO類庫實現
傳輸層	NIO2	異步IO，采用JDK7 的NIO2類庫實現
傳輸層	APR	采用Apache可移植允許庫實現，是C/C++編寫的本地庫。如果選擇該方案，需要單獨安裝APR庫

Tomcat8.0 以前，Tomcat默認采用的IO方式為BIO，之后改為了NIO。無論是NIO、還是NIO2，性能都是優於以往的BIO，如果采用APR，甚至可以達到Apache HTTP Server的影響性能。

Coyote組件及作用

組件	作用
EndPoint	EndPoint 是 Coyote 通信端點，即通信監聽的接⼝，是具體Socket接收和發送處理器，是對傳輸層的抽象，因此EndPoint⽤來實現TCP/IP協議的
Processor	Processor 是Coyote 協議處理接⼝ ，如果說EndPoint是⽤來實現TCP/IP協議的，那么Processor⽤來實現HTTP協議，Processor接收來⾃EndPoint的Socket，讀取字節流解析成Tomcat Request和Response對象，並通過Adapter將其提交到容器處理，Processor是對應⽤層協議的抽象
ProtocolHandler	Coyote 協議接⼝， 通過Endpoint 和 Processor ， 實現針對具體協議的處理能⼒。Tomcat 按照協議和I/O 提供了6個實現類 ： AjpNioProtocol ，AjpAprProtocol， AjpNio2Protocol，Http11NioProtocol ，Http11Nio2Protocol ，Http11AprProtocol
Adapter	由於協議不同，客戶端發過來的請求信息也不盡相同，Tomcat定義了⾃⼰的Request類來封裝這些請求信息。ProtocolHandler接⼝負責解析請求並⽣成Tomcat Request類。但是這個Request對象不是標准的ServletRequest，不能⽤Tomcat Request作為參數來調⽤容器。Tomcat設計者的解決⽅案是引⼊CoyoteAdapter，這是適配器模式的經典運⽤，連接器調⽤CoyoteAdapter的Sevice⽅法，傳⼊的是Tomcat Request對象，CoyoteAdapter負責將Tomcat Request轉成ServletRequest，再調⽤容器

Tomcat Servlet容器 Catalina

Catalina是一款Servlet容器，且Catalina是Tomcat的核心。

它的結構如下：

其實，可以認為Tomcat就是一個Catalina實例，Tomcat啟動的時候會初始化這個實例，Catalina實例通過加載server.xml完成其他實例的創建，創建並管理一個Server，Server創建並管理多個服務，每個服務又可以有多個Connector和一個Container。

每個Service實例下可以有多個Connector實例和一個Container實例

Container組件的具體結構：

• Engine

表示整個Catalina的Servlet引擎，用來管理多個虛擬站點，一個Service最多只能有一個Engine，但是一個引擎可包含多個Host

• Host

代表一個虛擬主機，或者說一個站點，可以給Tomcat配置多個虛擬主機地址，而一個虛擬主機下可包含多個Context

• Context

表示一個Web應用程序，一個Web應用可包含多個Wrapper

• Wrapper

表示一個Servlet，Wrapper作為容器中的最底層，不能包含子容器

Tomcat服務器核心配置

核心配置：conf/server.xml文件

主要結構如下：
一個Server根元素，有Listener、GlobalNamingResources、Service子標簽

<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?>

<Server port="8005" shutdown="SHUTDOWN">
  <Listener />
  
  <GlobalNamingResources></GlobalNamingResources>
 
  <Service name="Catalina"></Service>
 
</Server>

Server標簽詳細：

<!--
port：關閉服務器的監聽端⼝
shutdown：關閉服務器的指令字符串
-->
<Server port="8005" shutdown="SHUTDOWN">
<!-- 以⽇志形式輸出服務器 、操作系統、JVM的版本信息 -->
<Listener className="org.apache.catalina.startup.VersionLoggerListener" />
<!-- Security listener. Documentation at /docs/config/listeners.html
<Listener className="org.apache.catalina.security.SecurityListener" />
-->
<!--APR library loader. Documentation at /docs/apr.html -->
<!-- 加載（服務器啟動） 和 銷毀 （服務器停⽌） APR。 如果找不到APR庫， 則會輸出⽇志， 並
不影響 Tomcat啟動 -->
<Listener className="org.apache.catalina.core.AprLifecycleListener"
SSLEngine="on" />
<!-- Prevent memory leaks due to use of particular java/javax APIs-->
<!-- 避免JRE內存泄漏問題 -->
<Listener
className="org.apache.catalina.core.JreMemoryLeakPreventionListener" />
<!-- 加載（服務器啟動） 和 銷毀（服務器停⽌） 全局命名服務 -->
<Listener
className="org.apache.catalina.mbeans.GlobalResourcesLifecycleListener" />
<!-- 在Context停⽌時重建 Executor 池中的線程， 以避免ThreadLocal 相關的內存泄漏 -->
<Listener
className="org.apache.catalina.core.ThreadLocalLeakPreventionListener" />
<!-- Global JNDI resources
Documentation at /docs/jndi-resources-howto.html
GlobalNamingResources 中定義了全局命名服務
-->
<GlobalNamingResources>
<!-- Editable user database that can also be used by
UserDatabaseRealm to authenticate users
-->
<Resource name="UserDatabase" auth="Container"
type="org.apache.catalina.UserDatabase"
description="User database that can be updated and saved"
factory="org.apache.catalina.users.MemoryUserDatabaseFactory"
pathname="conf/tomcat-users.xml" />
</GlobalNamingResources>
<!-- A "Service" is a collection of one or more "Connectors" that share
a single "Container" Note: A "Service" is not itself a "Container",
so you may not define subcomponents such as "Valves" at this level.
Documentation at /docs/config/service.html
-->
<Service name="Catalina">
...
</Service>
</Server>

Service標簽

<!--
該標簽⽤於創建 Service 實例，默認使⽤ org.apache.catalina.core.StandardService。
默認情況下，Tomcat 僅指定了Service 的名稱， 值為 "Catalina"。
Service ⼦標簽為 ： Listener、Executor、Connector、Engine，
其中：
Listener ⽤於為Service添加⽣命周期監聽器，
Executor ⽤於配置Service 共享線程池，
Connector ⽤於配置Service 包含的鏈接器，
Engine ⽤於配置Service中鏈接器對應的Servlet 容器引擎
-->
<Service name="Catalina">
...
</Service>

Executor標簽

<!--
 默認情況下，Service 並未添加共享線程池配置。 如果我們想添加⼀個線程池， 可以在
<Service> 下添加如下配置：
name：線程池名稱，⽤於 Connector中指定
namePrefix：所創建的每個線程的名稱前綴，⼀個單獨的線程名稱為
namePrefix+threadNumber
maxThreads：池中最⼤線程數
minSpareThreads：活躍線程數，也就是核⼼池線程數，這些線程不會被銷毀，會⼀直存在
maxIdleTime：線程空閑時間，超過該時間后，空閑線程會被銷毀，默認值為6000（1分鍾），單位
毫秒
maxQueueSize：在被執⾏前最⼤線程排隊數⽬，默認為Int的最⼤值，也就是⼴義的⽆限。除⾮特
殊情況，這個值 不需要更改，否則會有請求不會被處理的情況發⽣
prestartminSpareThreads：啟動線程池時是否啟動 minSpareThreads部分線程。默認值為
false，即不啟動
threadPriority：線程池中線程優先級，默認值為5，值從1到10
className：線程池實現類，未指定情況下，默認實現類為
org.apache.catalina.core.StandardThreadExecutor。如果想使⽤⾃定義線程池⾸先需要實現
org.apache.catalina.Executor接⼝
-->
<Executor name="commonThreadPool"
namePrefix="thread-exec-"
maxThreads="200"
minSpareThreads="100"
maxIdleTime="60000"
maxQueueSize="Integer.MAX_VALUE"
prestartminSpareThreads="false"
threadPriority="5"
className="org.apache.catalina.core.StandardThreadExecutor"/>

Connector標簽

默認情況下，server.xml配置了兩個鏈接器，一個支持HTTP協議，一個支持AJP協議。大多數情況下，我們不需要新增鏈接器配置，只需要對已有的鏈接器進行優化

<!--
port：
端⼝號，Connector ⽤於創建服務端Socket 並進⾏監聽， 以等待客戶端請求鏈接。如果該屬性設置
為0， Tomcat將會隨機選擇⼀個可⽤的端⼝號給當前Connector 使⽤
protocol：
當前Connector ⽀持的訪問協議。 默認為 HTTP/1.1 ， 並采⽤⾃動切換機制選擇⼀個基於 JAVA
NIO 的鏈接器或者基於本地APR的鏈接器（根據本地是否含有Tomcat的本地庫判定）
connectionTimeOut:
Connector 接收鏈接后的等待超時時間， 單位為 毫秒。 -1 表示不超時。
redirectPort：
當前Connector 不⽀持SSL請求， 接收到了⼀個請求， 並且也符合security-constraint 約束，
需要SSL傳輸，Catalina⾃動將請求重定向到指定的端⼝。
executor：
指定共享線程池的名稱， 也可以通過maxThreads、minSpareThreads 等屬性配置內部線程池。
URIEncoding:
⽤於指定編碼URI的字符編碼， Tomcat8.x版本默認的編碼為 UTF-8 , Tomcat7.x版本默認為ISO-
8859-1
-->
<!--org.apache.coyote.http11.Http11NioProtocol ， ⾮阻塞式 Java NIO 鏈接器-->
<Connector port="8080" protocol="HTTP/1.1" connectionTimeout="20000"
redirectPort="8443" />
<Connector port="8009" protocol="AJP/1.3" redirectPort="8443" />

可以使用共享線程池

<Connector port="8080"
protocol="HTTP/1.1"
executor="commonThreadPool"
maxThreads="1000"
minSpareThreads="100"
acceptCount="1000"
maxConnections="1000"
connectionTimeout="20000"
compression="on"
compressionMinSize="2048"
disableUploadTimeout="true"
redirectPort="8443"
URIEncoding="UTF-8" />

Engine 標簽

Engine表示Servlet引擎

<!--
name： ⽤於指定Engine 的名稱， 默認為Catalina
defaultHost：默認使⽤的虛擬主機名稱， 當客戶端請求指向的主機⽆效時， 將交由默認的虛擬主機處
理， 默認為localhost
-->
<Engine name="Catalina" defaultHost="localhost">
...
</Engine>

Host標簽

<Host name="localhost" appBase="webapps" unpackWARs="true" autoDeploy="true">
...
</Host>

可以配置多個host訪問不同的目錄

<Host name="www.aaa.com"  appBase="webapps"
            unpackWARs="true" autoDeploy="true">

        <Valve className="org.apache.catalina.valves.AccessLogValve" directory="logs"
               prefix="localhost_access_log" suffix=".txt"
               pattern="%h %l %u %t &quot;%r&quot; %s %b" />

      </Host>
      <Host name="www.bbb.com"  appBase="webapps2"
            unpackWARs="true" autoDeploy="true">

        <Valve className="org.apache.catalina.valves.AccessLogValve" directory="logs"
               prefix="localhost_access_log" suffix=".txt"
               pattern="%h %l %u %t &quot;%r&quot; %s %b" />

      </Host>

Context 標簽

不配做Context的時候，appBase配置的目錄下的所有項目包都會被訪問，如想訪問appBase配置的目錄下的ROOT2，只需要localhost:8080/ROOT2

<Host name="www.abc.com" appBase="webapps" unpackWARs="true"
autoDeploy="true">
<!--
docBase：Web應⽤⽬錄或者War包的部署路徑。可以是絕對路徑，也可以是相對於 Host appBase的
相對路徑。
path：Web應⽤的Context 路徑。如果我們Host名為localhost， 則該web應⽤訪問的根路徑為：
http://localhost:8080/rt。
-->
<Context docBase="D:\apache-tomcat-8.5.32\ROOT" path="rt"/>
<Valve className="org.apache.catalina.valves.AccessLogValve"
directory="logs"
prefix="localhost_access_log" suffix=".txt"
pattern="%h %l %u %t &quot;%r&quot; %s %b" />
</Host>