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tomcat整体架构

Tomcat介绍

Tomcat是Apache Software Foundation(Apache软件基金会)开发的一款开源的Java Servlet

容器。它是一种Web服务器,用于在服务器端运行Java Servlet和JavaServer Pages (JSP)技术。它可

以为Java Web应用程序提供运行环境,并通过HTTP协议处理客户端请求。Tomcat也支持多种Web应

用程序开发技术,例如JavaServer Faces (JSF)、Java Persistence API (JPA)等。总的来说,Tomcat

是一款高效、稳定和易于使用的Web服务器。

Tomcat核心: Http服务器+Servlet容器
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web应用部署的三种方式

1.拷贝到webapps目录下

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

2.server.xml 的Context标签下配置Context

<Context docBase="D:\mvc" path="/mvc" reloadable="true" /> 

path:指定访问该Web应用的URL入口(context-path)

docBase:指定Web应用的文件路径,可以给定绝对路径,也可以给定相对于的appBase属性的相对路径。

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目录下class文件的改动,如果监测到有class文件被更新的,服务器会自动重新加载Web应用。

3.在$CATALINA_BASE/conf/[enginename]/[hostname]/ 目录下(默认conf/Catalina/localhost)创建xml文

件,文件名就是contextPath。

比如创建mvc.xml,path就是/mvc

<Context docBase="D:\mvc" reloadable="true" />

Tomcat整体架构分析

Tomcat 要实现 2 个核心功能:

  1. 处理 Socket 连接,负责网络字节流与 Request 和 Response 对象的转化。
  2. 加载和管理 Servlet,以及具体处理 Request 请求。

因此 Tomcat 设计了两个核心组件连接器(Connector)和容器(Container)来分别做这两件事情。

连接器负责对外交流,容器负责内部处理。

Tomcat架构图

Tomcat的架构分为以下几个部分:

  1. Connector:Tomcat的连接器,用于接收请求并将其发送给容器。
  2. Container:Tomcat的容器,负责管理Servlet、JSP和静态资源的生命周期。
  3. Engine:Tomcat的引擎,管理容器的生命周期和分配请求。
  4. Host:Tomcat的主机,可以管理多个Web应用程序。
  5. Context:Tomcat的上下文,用于管理单个Web应用程序的配置信息。
  6. Servlet:Tomcat的Servlet,负责处理请求并生成响应。

总的来说,Tomcat的架构是一个分层的架构,每一层都有其自己的功能和职责。该架构可以提高

Tomcat的性能和可维护性,并使得Tomcat可以支持大量的Java Web应用程序。

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Tomcat核心组件详解

Server 组件

指的就是整个 Tomcat 服务器,包含多组服务(Service),负责管理和启动各个Service,同时监听 8005 端口发过来的 shutdown 命令,用于关闭整个容器 。


Service组件

每个 Service 组件都包含了若干用于接收客户端消息的 Connector 组件和处理请求的 Engine 组件。 Service 组件还包含了若干 Executor 组件,每个 Executor 都是一个线程池,它可以为 Service内所有组件提供线程池执行任务。 Tomcat 内可能有多个 Service,这样的设计也是出于灵活性的考虑。通过在 Tomcat 中配置多个 Service,可以实现通过不同的端口号来访问同一台机器上部署的不同应用。

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连接器Connector组件

Tomcat 与外部世界的连接器,监听固定端口接收外部请求,传递给 Container,并将Container处理的结果返回给外部。连接器对 Servlet 容器屏蔽了不同的应用层协议及 I/O 模型,无论是 HTTP 还是 AJP,在容器中获取到的都是一个标准的 ServletRequest 对象。


容器Container组件

容器,顾名思义就是用来装载东西的器具,在 Tomcat 里,容器就是用来装载 Servlet 的。

Tomcat 通过一种分层的架构,使得 Servlet 容器具有很好的灵活性。Tomcat 设计了 4 种容器,分别是 Engine、Host、Context 和 Wrapper。这 4 种容器不是平行关系,而是父子关系。

  • Engine:引擎,Servlet 的顶层容器,用来管理多个虚拟站点,一个 Service 最多只能有一个 Engine;
  • Host:虚拟主机,负责 web 应用的部署和 Context 的创建。可以给 Tomcat 配置多个虚拟主机地址,而一个虚拟主机下可以部署多个 Web 应用程序;
  • Context:Web 应用上下文,包含多个 Wrapper,负责 web 配置的解析、管理所有的 Web 资源。一个Context对应一个 Web 应用程序。
  • Wrapper:表示一个 Servlet,最底层的容器,是对 Servlet 的封装,负责 Servlet 实例的创建、执行和销毁。

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请求定位 Servlet 的过程

Tomcat 是用 Mapper 组件来完成这个任务的。Mapper 组件的功能就是将用户请求的 URL 定位

到一个 Servlet,它的工作原理是:Mapper 组件里保存了 Web 应用的配置信息,其实就是容器组件

与访问路径的映射关系,比如 Host 容器里配置的域名、Context 容器里的 Web 应用路径,以及

Wrapper 容器里 Servlet 映射的路径,你可以想象这些配置信息就是一个多层次的 Map。当一个请求

到来时,Mapper 组件通过解析请求 URL 里的域名和路径,再到自己保存的 Map 里去查找,就能定

位到一个 Servlet。一个请求 URL 最后只会定位到一个 Wrapper 容器,也就是一个 Servlet。

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Tomcat架构设计分析

Tomcat连接器需要实现的功能:

  • 监听网络端口。
  • 接受网络连接请求。
  • 读取请求网络字节流。
  • 根据具体应用层协议(HTTP/AJP)解析字节流,生成统一的 Tomcat Request 对象。将 Tomcat Request 对象转成标准的 ServletRequest。
  • 调用 Servlet 容器,得到 ServletResponse。
  • 将 ServletResponse 转成 Tomcat Response 对象。
  • 将 Tomcat Response 转成网络字节流。
  • 将响应字节流写回给浏览器。

分析连接器详细功能列表,我们会发现连接器需要完成 3 个高内聚的功能:

  1. 网络通信。
  2. 应用层协议解析。
  3. Tomcat Request/Response 与 ServletRequest/ServletResponse 的转化。

因此 Tomcat 的设计者设计了 3 个组件来实现这 3 个功能,分别是 EndPoint、Processor 和

Adapter。

  1. EndPoint 负责提供字节流给 Processor;
  2. Processor 负责提供 Tomcat Request 对象给 Adapter;
  3. Adapter 负责提供 ServletRequest 对象给容器。

由于 I/O 模型和应用层协议可以自由组合,比如 NIO + HTTP 或者 NIO2 + AJP。Tomcat 的设计者将网络通信和应用层协议解析放在一起考虑,设计了一个叫 ProtocolHandler 的接口来封装这两种变化点。

连接器

ProtocolHandler

连接器用 ProtocolHandler 来处理网络连接和应用层协议,包含了 2 个重要部件:EndPoint 和 Processor。

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连接器用 ProtocolHandler 接口来封装通信协议和 I/O 模型的差异,ProtocolHandler 内部又分为 EndPoint 和 Processor 模块,EndPoint 负责底层 Socket 通信,Proccesor 负责应用层协议解析。连接器通过适配器 Adapter 调用容器。


EndPoint

EndPoint 是通信端点,即通信监听的接口,是具体的 Socket 接收和发送处理器,是对传输层的抽象,因此 EndPoint 是用来实现 TCP/IP 协议的。

EndPoint 是一个接口,对应的抽象实现类是 AbstractEndpoint,而 AbstractEndpoint 的具体子类,比如在 NioEndpoint 和 Nio2Endpoint 中,有两个重要的子组件:Acceptor 和 SocketProcessor。其中 Acceptor 用于监听 Socket 连接请求。SocketProcessor 用于处理接收到的 Socket 请求,它实现 Runnable 接口,在 Run 方法里调用协议处理组件 Processor 进行处理。为了提高处理能力,SocketProcessor 被提交到线程池来执行,而这个线程池叫作执行器(Executor)。


Processor

Processor 用来实现 HTTP/AJP 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。

Processor 是一个接口,定义了请求的处理等方法。它的抽象实现类 AbstractProcessor 对一些协议共有的属性进行封装,没有对方法进行实现。具体的实现有 AJPProcessor、HTTP11Processor等,这些具体实现类实现了特定协议的解析方法和请求处理方式。


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“存放”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,也就意味着,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,再调用容器的 Service 方法。

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