Tomcat -- 整体架构

HTTP工作原理

● 规定浏览器和服务器之间的数据传输协议，基于TCP/IP协议传递数据，不涉及数据包的传输，主要规范了客户端与服务器端的通信格式

一个请求流程

其中tomcat主要参与接受连接，解析请求数据，处理请求，发送响应结果

1. 用户通过浏览器进行操作，点击链接等，浏览器获取到这个事件
2. 浏览器向服务器发出TCP链接请求
3. 服务程序接收浏览器的请求，通过TCP三次握手建立连接(linux底层握手)
4. 连接成功后，浏览器将请求数据打包成一个HTTP协议格式的数据包
5. 浏览器将该数据包推入网络中，数据包经过网络传输，最终达到服务端程序
6. 服务端程序拿到这个数据包，同样用HTTP协议格式解析，获取到客户端的操作意图(tomcat连接器,封装Request对象)
7. 根据客户端的操作意图进行处理，提供数据
8. 服务器将处理响应结果用HTTP再次打包
9. 服务器将该数据包推入网络中，数据包经过网络传输，最终达到客户端浏览器
10. 浏览器拿到数据包后，以http协议的格式解析，比如得到html
11. 浏览器将html展示给用户

Tomcat整体架构

Http服务器请求处理

● http服务器不直接调用业务类，把请求交给Servlet容器来处理
● 容器通过servlet接口调用业务类，实现http服务器与业务类解耦

servlet容器工作过程

● 客户端请求某个资源的时候，http服务器会用一个ServletRequest对象把客户端的请求信息封装起来，调用Servlet容器的service方法
● Servlet容器拿到请求后，根据请求的URL和Servlet的映射关系，找到相应的处理的Servlet
● 如果此时Serlvet容器还没有被加载就会通过反射机制创建这个Servlet，并调用其init方法完成初始化
● 而后调用Servlet的service方法来处理请求
● service处理的结果会被封装到ServletResponse对象中返回给HTTP服务器
● http服务器将响应结果发送给客户端

tomcat两个核心

● 连接器（Connector）：负责对外连接。处理Socket连接，负责网络字节流与Request和Response对象的转化
● 容器（Container）：负责内部处理。加载和管理Servlet，处理具体Request请求

连接器Connector

Coyote

● tomcat中连接器框架，是tomcat服务器提供客户端访问的外部接口
● 客户端通过Coyote与服务器实现 建立连接、发送请求、接收响应

Coyote与Catalina容器的交互

● Coyote封装了底层网络通信（Socket），为Catalina容器提供统一的接口，使Catalina容器与具体的请求协议和IO操作完全解耦
● Coyote只负责具体协议和IO相关操作，与Servlet规范没有直接关系，Request和Response对象也是在Catalina中对其进一步封装为ServletRequest和ServletResponse
● Coyote将Socket输入的对象封装为Request对象，Servlet相关都交给Catalina处理，由Catalina容器进行请求处理，实现组件之间解耦
● 请求处理完成，Catalina通过Coyote提供的Response将结果写入输出流

支持的IO模型与协议

IO模型

IO模型	描述
BIO	阻塞IO，tomcat8.5之后移除了对的该IO模型的支持
NIO	非阻塞IO，javaNIO类库实现
NIO2	异步IO，NIO2类库实现
APR	使用Apache可移植运行库实现，需要单独安装APR库

应用层协议

应用层协议	描述
HTTP/1.1	大部分web协议采用
HTTP/2.0	tomcat8.5之后版本支持，大幅度提醒web性能
AJP	用于与web服务器集成，实现对静态资源的优化及集群部署

连接器组件

组件	作用
EndPoint	Endpoint是Coyote通信端点,即通信监听的接口,是具体socket接收和发送处理器,是对传输层的抽象； Endpoint用来实现TCP/IP协议
Processor	Processor是Coyote协议处理接口,用来实现Http协议；Processor接收来自EndPoint的Socket,读取字节流解析成的Tomcat Request和Response对象,并通过Adapter适配交给容器处理；Processor是对应应用层协议的抽象
ProtocolHandler	是Coyote协议接口,通过Endpoint和Processor实现针对具体协议的处理能力；Tomcat按照协议和IO提供6个实现类: AjpNioProtocol, AjpAprProtocol, Http11NioProtocol, Http11Nio2Protocol, Http11AprProtocol
Adapter	由于协议不同,客户端发过来的请求信息不尽相同；tomcat定义了自己的Request类来封装这些请求信息；ProtocolHandler接口负责解析请求并生成Tomcat Request类,通过CoyoteAdapter适配为selvert容器可以解析的ServletRequest,执行对应的service方法

EndPoint

• 对传输对象层的抽象，用来实现TCP/IP协议
• Coyote通信端口，通信监听的接口，具体Socket的接收和发送处理器
• tomcat提供了抽象类AbstractEndPoint，定义了Acceptor和SocketProcessor
• Acceptor：用于监听Socket请求
• SocketProcessor：用于处理接收到的Socket请求，最终实现Runnable，在run/doRun方法里调用协议处理组件Processor进行处理，为提高性能，SocketProcessor被提交给Executor执行器线程池来管理

Processor

• 对应用层协议的抽象，EndPoint实现了TCP/IP协议，Processor实现了HTTP协议
• Coyote协议处理接口,接收EndPoint的Socket
• 读取字节流解析成Tomcat的Request和Response对象，并通过Adapter将其提交给容器处理

ProtocolHandler

• Coyote协议接口，同EndPoint和Processor实现针对具体协议的处理能力

Adapter

• 使用CoyoteAdapter类，适配Request/ServletRequest和Response/ServletRespose的适配器
• 由于协议不同，tomcat为了兼容，定义了Request类来接收请求信息
• ProtocolHandler负责解析请求生成Tomcat的Request对象
• CoyoteAdapter负责将tomcat的Request适配成Servlet可以解析的ServletRequest标准对象
• 从而调用Servlet的service方法，实现请求、响应能力

容器Container

Catalina

• tomcat本质是一个Servlet容器，容器的实现由Catalina，涉及到安全、会话、集群、管理等Servlet容器各个方面
• 通过松耦合方式集成Coyote，完成按照请求协议进行数据读写等

Catalina结构

• Catalina负责管理Server，Server表示整个服务器。
• Server下面有多个服务Service，每个Service包含多个多个连接器组件Connector（Coyote实现）和一个容器组件Container。
• tomcat启动的时候初始化一个Catalina实例
  

组件	功能
Catalina	负责解析tomcat配置文件，来创建服务器Server组件并对其进行管理
Server	表示整个Catalina Servlet容器及组件，负责组装并启动Servlet引擎，tomcat连接器。通过实现Lifecycle接口，提供一种优雅的启动和关闭整个系统的方式
Service	一个Server包含多个Service组件，它将多个Connector组件绑定到一个Container（Engine）上
Connector	连接器，处理与客户端的通信，负责接收客户端请求，然后转给相关的容器处理，最终向客户端返回响应结果
Container	容器，负责处理用户的servlet请求，返回对象给web用户

Container

Container结构

组件	功能
Engine	表示整个Catalina的Servlet引擎，用来管理多个host虚拟主机，一个Service最多就一个Engine，一个Engine包含多个Host
Host	代表一个虚拟主机，可以给tomcat配置多个虚拟主机地址，一个虚拟主机下面可以包含多个Context
Context	表示一个web应用程序，可包含多个Wrapper
Wrapper	表示一个（一种？）Servlet，容器最底层