【Tomcat】Tomcat原理與系統架構

鄧曉暉發表於2020-12-24

版本:

https://archive.apache.org/dist/tomcat/tomcat-8/v8.5.50/

一,目錄說明

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  • bin/
    bin目錄下關注兩個檔案:啟動和停止的指令碼檔案
    啟動:startup.bat(win),startup.sh(Linux & Mac)
    停止:shutdown.bat(win),shutdown.sh(Linux & Mac)
  • conf/ 配置檔案存放的目錄
    logging.properties:日誌的配置
    server.xml:伺服器配置檔案,例如埠的指定
    tomcat-users.xml:定義了tomcat的角色以及角色擁有的功能
    web.xml:全域性配置,很熟悉,我們java web工程也有自己的web.xml,這個是Tomcat級別的,自己的web.xml如果和它重複那麼自己的會覆蓋Tomcat的。
  • lib/ 存放jar包
    tomcat本身也是基於java開發的,它的執行也依賴於一些基礎的jar包
  • logs/ 存放日誌
  • temp/ 臨時目錄
  • webapps/ 預設釋出專案的目錄
    當我們釋出一個專案時,需要把我們專案的jar包(如釋出jar包,它會解壓出來)或者檔案存放在該目錄
  • work/ jsp編譯執行存放過程檔案的目錄

二,瀏覽器訪問伺服器的流程

Http請求的處理過程:
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http請求只是定義了資料的組織格式(通訊格式),是一個應用層協議,資料傳輸依靠的是TCP/IP協議。

  1. 使用者發起請求(url地址、點選、搜尋等)動作被瀏覽器捕獲
  2. 瀏覽器傳送TCP連線請求,到伺服器(socket處理)
  3. 伺服器接收請求並建立連線(三次握手)
  4. 連線上之後,瀏覽器生成Http協議格式(比如說定義請求頭裡放xxxx,請求體裡放xxxxx)的資料包
  5. 瀏覽器傳送請求資料包(也是依靠TCP協議)
  6. 伺服器解析Http格式的資料包
  7. 伺服器執行請求完成業務邏輯
  8. 伺服器生成Http協議格式的資料包
  9. 伺服器傳送響應資料包(同樣依靠TCP協議)
  10. 瀏覽器解析Http格式的資料包
  11. 瀏覽器呈現靜態資料給使用者

傳輸的形式:
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三,Tomcat系統總體架構

3.1 Tomcat請求的大致流程

Tomcat是一個Http伺服器(因為它能夠接收處理Http請求)

我們使⽤瀏覽器向某⼀個⽹站發起請求,發出的是Http請求,那麼在遠端,Http伺服器接收到這個請求之後,會調⽤具體的程式(Java類)進⾏處理,往往不同的請求由不同的Java類完成處理。
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大致流程:與上圖不同,增加了Servlet容器解耦
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HTTP 伺服器接收到請求之後把請求交給Servlet容器來處理,Servlet 容器通過Servlet接⼝調⽤業務類。Servlet接⼝和Servlet容器這⼀整套內容叫作Servlet規範。

注意:Tomcat既按照Servlet規範的要求去實現了Servlet容器,同時它也具有HTTP伺服器的功能。

Tomcat的兩個重要身份

1)http伺服器

2)Tomcat是⼀個Servlet容器

3.2 Servlet容器處理請求流程

當⽤戶請求某個URL資源時

  1. HTTP伺服器會把請求資訊封裝成Request物件,然後轉換為ServletRequest物件
  2. 進⼀步去調⽤Servlet容器中某個具體的Servlet
  3. 在 2中,Servlet容器拿到請求後,根據URL和Servlet的對映關係,找到相應的Servlet
  4. 如果Servlet還沒有被載入,就⽤反射機制建立這個Servlet,並調⽤Servlet的init⽅法來完成初始化(反射)
  5. 接著調⽤這個具體Servlet的service⽅法來處理請求,請求處理結果使⽤ServletResponse物件封裝
  6. 把ServletResponse物件返回給HTTP伺服器,HTTP伺服器會把響應傳送給客戶端

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3.3 Tomcat系統總體架構

從上可以看出,Tomcat兩個重要的功能:

  1. 和客戶端瀏覽器進⾏互動,進⾏socket通訊,將位元組流和Request/Response等物件進⾏轉換
  2. Servlet容器處理業務邏輯

Tomcat 設計了兩個核⼼元件聯結器(Connector)容器(Container)來完成 Tomcat 的兩⼤核⼼功能:

  • 聯結器,負責對外交流: 處理Socket連線,負責⽹絡位元組流與Request和Response物件的轉化;
  • 容器,負責內部處理:載入和管理Servlet,以及具體處理Request請求;

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四,Tomcat聯結器元件Coyote

4.1 簡介

Coyote 是Tomcat 中聯結器的元件名稱 , 是對外的接⼝。客戶端通過Coyote與伺服器建⽴連線、傳送請求並接受響應 。

  1. Coyote 封裝了底層的⽹絡通訊(Socket 請求及響應處理)
  2. Coyote 使Catalina 容器(容器元件的名稱)與具體的請求協議及IO操作⽅式完全解耦
  3. Coyote 將Socket 輸⼊轉換封裝為 Request 物件,進⼀步封裝後(再次封裝為ServletRequest)交由Catalina 容器進⾏處理,處理請求完成後, Catalina 通過Coyote 提供的Response 物件將結果寫⼊輸出流
  4. Coyote 負責的是具體協議(應⽤層)IO(傳輸層)相關內容

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Tomcat Coyote支援的IO模型與協議:

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應用層預設協議:HTTP/1.1
傳輸層預設IO模型:NIO

在 8.0 之前 ,Tomcat 預設採⽤的I/O⽅式為 BIO(同步阻塞IO),之後改為 NIO。 無論 NIO、NIO2 還是 APR, 在效能⽅⾯均優於以往的BIO。 如果採⽤APR, 甚⾄可以達到 Apache HTTP Server 的影響效能。

4.2 Coyote內部元件以及流程

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元件 作用描述
EndPoint EndPoint 是 Coyote 通訊端點,即通訊監聽的接⼝,是具體Socket接收和傳送處理器,是對傳輸層的抽象,因此EndPoint⽤來實現TCP/IP協議
Processor Processor 是Coyote 協議處理接⼝ ,如果說EndPoint是⽤來實現TCP/IP協議的,那麼Processor⽤來實現HTTP協議,Processor接收來⾃EndPoint的 Socket,讀取位元組流解析成Tomcat Request和Response物件,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 : AjpNioProtocolAjpAprProtocolAjpNio2ProtocolHttp11NioProtocolHttp11Nio2ProtocolHttp11AprProtocol
Adapter 由於協議不同,客戶端發過來的請求資訊也不盡相同,Tomcat定義了⾃⼰的 Request類來封裝這些請求資訊。ProtocolHandler接⼝負責解析請求並⽣成 Tomcat Request類。但是這個Request物件不是標準的ServletRequest,不能⽤Tomcat Request作為引數來調⽤容器。Tomcat設計者的解決⽅案是引⼊CoyoteAdapter,這是介面卡模式的經典運⽤,聯結器調⽤ CoyoteAdapter的Sevice⽅法,傳⼊的是Tomcat Request物件, CoyoteAdapter負責將Tomcat Request轉成ServletRequest再調⽤容器

五,Tomcat Servlet 容器 Catalina

5.1 Tomcat模組分層結構圖及Catalina位置

Tomcat是⼀個由⼀系列可配置(conf/server.xml)的元件構成的Web容器,⽽Catalina是Tomcat的servlet容器。

Tomcat本質上就是⼀款Servlet容器, 因為Catalina才是Tomcat的核⼼其他模組都是為Catalina 提供⽀撐的。 ⽐如 :

  • 通過 Coyote 模組提供連結通訊
  • Jasper 模組提供 JSP 引擎
  • Naming 提供JNDI 服務
  • Juli 提供⽇志服務。

模組分層結構圖:
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5.2 Servlet容器Catalina結構

也可以這麼說:Tomcat就是一個Catalina的例項,因為Catalina是Tomcat的核心。

Tomcat/Catalina例項:
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Tomcat 啟動的時候會初始化這個例項,Catalina 例項通過載入server.xml完成其他例項的建立,建立並管理⼀個Server,Server建立並管理多個服務, 每個服務⼜可以有多個Connector和⼀個Container。

  • ⼀個Catalina例項(容器)
  • ⼀個Server例項(容器)
  • 多個Service例項(容器)

對應關係:每⼀個Service例項下可以有多個Connector例項和⼀個Container例項

  • Catalina
    負責解析Tomcat的配置⽂件(server.xml) , 以此來建立伺服器Server元件並進⾏管理
  • Server
    伺服器表示整個Catalina Servlet容器以及其它元件,負責組裝並啟動Servlet引擎、Tomcat聯結器。Server通過實現Lifecycle接⼝,提供了⼀種優雅的啟動和關閉整個系統的⽅式
  • Service
    服務是Server內部的元件,⼀個Server包含多個Service。它將若⼲個Connector元件繫結到⼀個 Container
  • Container
    容器,負責處理⽤戶的servlet請求,並返回物件給web⽤戶的模組

5.2 Container元件的具體結構

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Container元件下有⼏種具體的元件,分別是EngineHostContextWrapper。這4種元件(容器) 是⽗⼦關係。Tomcat通過⼀種分層的架構,使得Servlet容器具有很好的靈活性。

  • Engine
    表示整個Catalina的Servlet引擎,⽤來管理多個虛擬站點,⼀個Service最多隻能有⼀個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應⽤程式, 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

上述元件的配置其實就體現在conf/server.xml中。
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