Tomcat工作原理

Tomcat是什么

Tomcat 服务器是一个免费的开放源代码的Web 应用服务器，属于轻量级应用服务器，在中小型系统和并发访问用户不是很多的场合下被普遍使用，是开发和调试JSP 程序的首选。

web服务器按功能分类可分为：

|- Web Server
        |- Http Server
        |- Application Server
            |- Servlet Container
            |- CGI Server
            |- ......

Http 服务器：

HTTP Server本质上也是一种应用程序——它通常运行在服务器之上，绑定服务器的IP地址并监听某一个tcp端口来接收并处理HTTP请求，这样客户端（一般来说是IE, Firefox，Chrome这样的浏览器）就能够通过HTTP协议来获取服务器上的网页（HTML格式）、文档（PDF格式）、音频（MP4格式）、视频（MOV格式）等等资源。

一个HTTP Server关心的是HTTP协议层面的传输和访问控制，所以在Apache/Nginx上你可以看到代理、负载均衡等功能。

• 客户端通过HTTP Server访问服务器上存储的静态资源（HTML文件、图片文件等等）。
• 通过CGI/Servlet技术，也可以将处理过的动态内容通过HTTP Server分发，但是一个HTTP Server始终只是把服务器上的文件如实的通过HTTP协议传输给客户端。

HTTP Server中经常使用的是Apache、Nginx两种，HTTP Server主要用来做静态内容服务、代理服务器、负载均衡等。直面外来请求转发给后面的应用服务（Tomcat，django什么的）。

|- Http Server
    |- Apache
    |- Nginx

 

Application 服务器:

Application Server 是一个应用执行的服务器。它首先需要支持开发语言的 Runtime（对于 Tomcat 来说，就是 Java），保证应用能够在应用服务器上正常运行。其次，需要支持应用相关的规范，例如类库、安全方面的特性。与HTTP Server相比，Application Server能够动态的生成资源并返回到客户端。

|- Application Server
    |- Tomcat
    |- Jetty

应用服务器往往也会集成 HTTP Server 的功能，但是不如专业的 HTTP Server 那么强大，所以Application Server往往是运行在 HTTP Server 的背后，执行应用，将动态的内容转化为静态的内容之后，通过 HTTP Server 分发到客户端。

Tomcat运行在JVM之上，它和HTTP服务器一样，绑定IP地址并监听TCP端口，同时还包含以下指责：

1. 管理Servlet程序的生命周期；
2. 将URL映射到指定的Servlet进行处理；
3. 与Servlet程序合作处理HTTP请求——根据HTTP请求生成HttpServletRequest/Response对象并传递给Servlet进行处理，
   将Servlet中的HttpServletResponse对象生成的内容返回给浏览器；

 Tomcat 属于是一个「Application Server」，但是更准确的来说，是一个「Servlet/JSP」应用的容器。

Tomcat架构组成

           

    1.Server（服务器）: Server的实现类StandardServer可以包含一个到多个Service。

    2.Service（服务）: Service的实现类StandardService调用了容器(Container)接口，即Servlet Engine(引擎)，并且指明了该

                                  Service归属的Server，它将一个或者多个Connector组件和一个Engine建立关联。

    3.Container（容器）: Engine（引擎）、Host（主机）、Context（上下文）均继承自Container接口，它们都是容器。

                                      他们有父子关系，Engine是顶级容器，直接包含Host容器，而Host容器又包含Context容器

                 Engine   在Service组件中有且只有一个；Engine组件从一个或多个Connector中接收请求并处理，

                               并将完成的响应返回给Connector，最终传递给客户端。

                 Host       定义了一个虚拟主机，一个虚拟主机可以有多个Context

                 Context  每一个运行的webapp其实最终都是以Context的形成存在，每个Context都有一个根路径和请求URL路径，

                                即每个context就对应一个web应用

    4.Connector（连接器）: Connector（连接器）将 Service（服务）和 Container（容器）连接起来，

                                          首先它需要注册到一个Service，它的作用就是把来自客户端的请求转发到Container(容器)，

                                          这就是它为什么称作连接器的原因。

server.xml的整体结构如下：

Tomcat工作原理

          

Tomcat的核心是两个组件：连接器（Connector）和容器（Container）

 

Connector：负责生成 请求对象 和 响应对象，Tomcat默认的是HttpConnector，

                    根据收到的Http请求报文生成Request对象和Response对象，并把这两个对象传递给Container，

                    然后根据Response中的内容生成相应的HTTP报文。

Container：容器的父接口，所有子容器都必须实现这个接口，就是说服务器部署的项目是运行在Container中的。

                   Container里面的项目获取到Connector传递过来对应的的Request对象和Response对象进行相应的操作。

多个Connector和一个Container就形成了一个Service，有了Service就可以对外提供

 

Tomcat要为一个Servlet的请求提供服务，需要做四件事：

    1. 创建一个request对象 并填充那些有可能被所引用的Servlet使用的信息，如参数，头部、cookies、查询字符串等

        一个request对象就是javax.servlet.ServletRequest或javax.servlet.http.ServletRequest接口的一个实例

    2. 创建一个response对象，所引用的servlet使用它来给客户端发送响应

        一个response对象是javax.servlet.ServletResponse或javax.servlet.http.ServletResponse接口的一个实例

    3. 调用servlet的service方法，并传入request和response对象。这里servlet会从request对象取值，给response写值

    4. 根据servlet返回的response生成相应的HTTP响应报文

 

很多开源应用服务器都是集成tomcat作为web container的，而且对于tomcat的servlet container这部分代码很少改动。

这样，这些应用服务器的性能基本上就取决于Tomcat处理HTTP请求的connector模块的性能。

 

Tomcat运行原理分析

    1. Tomcat是运行在JVM中的一个进程。它被定义为-中间件，是一个在 Java 项目与JVM之间的中间容器

    2. Web项目没有入口方法（main方法），意味着Web项目中的方法不会自动运行起来

    3. Web项目部署进Tomcat的webapp中，就是希望Tomcat去调用写好的方法去为客户端返回需要的资源和数据

    4. Tomcat可以运行起来，并调用写好的方法，表明 Tomcat 一定有一个main方法

    5. 对于Tomcat而言，它并不知道我们会有什么样的方法，这些都只是在项目被部署进webapp后才确定，

        因此，Tomcat必然用到了Java的反射来实现类的动态加载、实例化、获取方法、调用方法。

    6. 根据协议和端口号选定Service和Engine

        Service中的Connector组件可接收特定端口的请求，Tomcat启动时，Service组件监听特定的端口。

        Catalina这个Service监听了8080端口（基于HTTP协议）和8009端口（基于AJP协议）。

        请求进来时，Tomcat 根据 协议 和 端口号 选定处理请求的Service；Service一旦选定，Engine也就确定。

    7. 根据域名或IP地址选定Host

        Service确定后，Tomcat在Service中寻找 名称 与 域名/IP地址 匹配的Host处理该请求。

        如果没有找到，则使用Engine中指定的defaultHost来处理该请求。

    8. 根据URI选定Context/Web应用

        Tomcat根据应用的 path属性与URI的匹配程度来选择Web应用处理相应请求

    9.Tomcat如何确定调用什么方法，取决于客户端的请求，比如：http://127.0.0.1:8080/StudentList/index.java?show这样的一个请求，通过http协议 和 8080端口 选定Service；通过主机名（127.0.0.1）选定Host；然后通过uri（/StudentList/index.java?show）选定Web应用

 

Tomcat运行流程

          

假设来自客户的请求为：http://localhost:8080/test/index.jsp

    1. 请求被发送到本机端口8080，被在那里侦听的Coyote HTTP/1.1 Connector获得 
    2. Connector把该请求交给它所在的Service的Engine来处理，并等待Engine的回应 
    3. Engine获得请求localhost:8080/test/index.jsp，匹配它所有虚拟主机Host 
    4. Engine匹配到名为localhost的Host（即使匹配不到也把请求交给该Host处理，因为该Host被定义为该Engine的默认主机） 
    5. localhost Host获得请求/test/index.jsp，匹配它所拥有的所有Context 
    6. Host匹配到路径为/test的Context（如果匹配不到就把该请求交给路径名为""的Context去处理） 
    7. path="/test"的Context获得请求/index.jsp，在它的mapping table中寻找对应的servlet 
    8. Context匹配到URL PATTERN为*.jsp的servlet，对应于JspServlet类 
    9. 构造HttpServletRequest对象和HttpServletResponse对象，作为参数调用JspServlet的doGet或doPost方法 
    10.Context把执行完了之后的HttpServletResponse对象返回给Host 
    11.Host把HttpServletResponse对象返回给Engine 
    12.Engine把HttpServletResponse对象返回给Connector 
    13.Connector把HttpServletResponse对象返回给客户browser