大飛帶你深入理解Tomcat(七)

作者：叩丁狼教育王一飛，高階講師。轉載請註明出處。

經過前幾篇的tomcat分解，大體能理解tomcat操作原理，那麼真實的tomcat又是一個怎麼的架構呢？本篇我們站在上帝角度來看下tomcat整個系統結構。

下面是上圖各元件的介紹：

Server

最頂級元件，程式碼著tomcat例項，在JVM有且僅有一份。引入事件處理機制，方便Server在生命週期不同階段處理不同邏輯。引入GlobalNamingResources元件，為JNDI提供支援。

Service

tomcat功能服務的抽象，一個server元件中至少有一個service， 是請求從發起到響應所有參與元件集合體。分為2個核心部分：Connector元件和Container(Engine/Host/Context/Wrapper統稱)元件。注意，一個Service包含若干個Connector元件，用於處理基於不同通訊協議的連線相關事情， 比如HTTP協議、AJP協議等連線。而一個Service只能擁有一個Engine元件。

Connector

負責接收客戶端連線並接收訊息報文，簡單講就是將socket轉換成Reqeust跟Response物件，然後交給Engine容器處理。Connector元件包含的模組
》協議模組（Protocol）
識別客戶端請求是基於什麼協議，目前tomcat支援HTTP協議、HTTPS協議，HTTP2協議和AJP協議，對應的處理類Http11AprProtocol類，Http2Protocol類，AjpAprProtocol類
》Acceptor元件
用於監聽連線埠，當請求到來時，直接丟入Executor執行緒池統一處理。
》Processor元件
處理請求(分析協議，獲取請求資料，封裝請求物件等)，將處理結果(請求物件)傳入到Engine容器。
tomcat同時支援網路IO方式：同步阻塞(BIO), 同步非阻塞(NIO)， 非同步非阻塞(NIO2/AIO)， 通用IO操作規範(APR)， 其中Tomcat8.5之後拋棄對BIO的支援。
》Mapper元件
路徑對映元件，也可以稱之路徑路由。通過解析url的地址，對映到具體serlvet類。
》CoyoteAdaptor元件
Connector元件與Engine元件連線的介面卡。

Container

tomcat容器的統稱，tomcat中有4個級別的容器，分別是Engine，Host，Context， Wrapper。Connector元件接收與處理客戶端發起的請求，將處理結果傳入tomcat容器，以求進一步處理。如下圖：

Engine

頂層的容器， 代表一個全域性 Servlet 引擎，負責接收connector包裝的請求。每一service只能有一個Engine元件，而Engine元件可以包含多個Host元件。除了Host元件外，Engin還包含其他元件
》Listener：監聽tomcat生命週期中關於Engine容器相關的工作， 比如建立，銷燬等
》AccessLog元件：記錄客戶端訪問日誌
》Cluster元件：提供叢集功能
》PipeLine元件：Engine容器對請求進行處理管道
》Realm元件：提供Engine容器級別的許可權校驗資訊物件

Host

Engine容器的子容器，表示一個虛擬主機。是根據URL地址中的主機(IP/域名，比如localhost）抽象而來。一個Engine容器可以包含若干個Host容器，而一個Host容器可以包含若干跟context容器。其他元件跟Egine子元件一樣，這裡不多說

Context

對應一個web應用程式，是對於web專案的抽象，負責將web專案所有元件轉成tomcat能操作的容器元件。包含多個Wrapper元件。
》Loader元件：Web應用載入器，用於載入web資源。
》Manager元件：會話管理器，管理部署到tomcat中的web容器會話。比如維護會話的生成、更新、銷燬
》NamingResource元件：命名資源，完成Tomcat server.xml和web應用context.xml資源與屬性的對映
》Mapper元件：Servlet對映器

Wrapper

tomcat中最下的容器物件，與之對應的是servlet， 一個Wrapper對應一個Servlet。它包含3個子元件：
》Servlet元件：web專案處理邏輯的servlet
》ServletPool元件：Servlet物件池，如果servlet實現SingleThreadModel介面時，Wrapper會建立一個Servlet物件池，保證Servelt訪問執行緒安全。
》PipeLine元件：Wrapper容器對請求進行處理管道

以一個案例來總結

假設在tomcat中部署一個web專案：

<?xml version='1.0' encoding='utf-8'?>
<Server port="8005" shutdown="SHUTDOWN">
  <Listener className="org.apache.catalina.startup.VersionLoggerListener" />
  <GlobalNamingResources>...</GlobalNamingResources>
  <Service name="Catalina">
    <Connector port="8080" protocol="HTTP/1.1"
               connectionTimeout="20000"
               redirectPort="8443" />
    <Connector port="8009" protocol="AJP/1.3" redirectPort="8443" />
    <Engine name="Catalina" defaultHost="localhost">
      <Realm className="org.apache.catalina.realm.LockOutRealm"></Realm>

      <Host name="localhost"  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" />        
          <Context path="" docBase="xxx/helloApp/webapp" > 
        </Context>                                                        
      </Host>
    </Engine>
  </Service>
</Server>

1>在tomcat根/conf/server.xml檔案上配置一個

 <Context path="" docBase="xxx/helloApp/webapp" ></Context>     

2>啟動tomcat，Connector元件接收器(Accoptor)監聽server.xml配置的8080埠，當然其他埠（8009）也監聽。目前關注8080埠

3>在瀏覽器位址列中輸入http://localhost:8080/hello 回車

4>瀏覽器發起請求（發起socket連線），Accoptor接收器接收到連線，將連線封裝到任務執行緒，丟到執行緒池(Executor)處理.

5>執行緒池(Exceutor)發現任務佇列中有執行緒任務， 馬上可以執行響應任務，
1) 先判斷髮起連線的協議（Protocol）：此處為Http1.1協議
2) 根據協議呼叫不同連線處理元件(Processor)：此處呼叫的是Http11Processor元件
Http11Processor 元件開始解析HTTP請求頭，請求行，請求體，將解析結果封裝成Request物件，傳入到容器中。

6>Mapper元件根據HTTP請求行中URL屬性以及Host請求頭，匹配哪個Host容器，哪個Context容器，哪個Wraper容器處理請求。這一步結合專案配置的web.xml檔案可以找到具體的servlet

    <servlet>
        <servlet-name>HelloServlet</servlet-name>
        <servlet-class>cn.wolfcode.HelloServlet</servlet-class>
    </servlet>
    <servlet-mapping>
        <servlet-name>HelloServlet</servlet-name>
        <url-pattern>/hello</url-pattern>
    </servlet-mapping>

7>CoyoteAdaptor元件是Connector跟Container連線橋樑，將前幾步建立的請求Request物件與響應Response物件傳到Engine容器，呼叫Engine容器的Pipeline管道執行其他額外的操作。

8>Engine容器執行容器中定義的各種Pipeline管道，最後執行Host容器的Pipeline管道，將Reqeust跟Response物件傳入到Host容器。

9>Host容器執行容器中定義的各種Pipeline管道，最後執行Host容器的Pipeline管道，將Reqeust跟Response物件傳入到Context容器。

10>Context容器執行容器中定義的各種Pipeline管道，最後執行Host容器的Pipeline管道，將Reqeust跟Response物件傳入到Wrapper容器。
11>Wrapper容器呼叫其對應的Servlet中的service方法，處理請求邏輯，然後將結果響應給瀏覽器。
下面是上述請求的草圖：