springmvc之Tomcat容器
1. 为什么有servlet容器
前面讲到了servlet是一种规范，不能够独立提供服务，需要被部署到容器内部，由servlet容器来管理和运行servlet。servlet容器提供功能：
- 生命周期管理：容器提供了servlet的运行环境，控制生命周期，负责加载、初始化和销毁servlet。
- 通信支持：容器封装了http协议、端口监听、流创建读取等功能，可以是开发者更集中在servlet中service方法逻辑。
- 多线程支持：容器在接收请求后自动创建多线程处理；
2. servlet容器分类介绍
先明白几个基本概念：
2.1 web服务器和web容器
用一张清晰的图片呈现：
图来自：各种容器与服务器的区别与联系：Servlet容器、WEB容器、Java EE容器、应用服务器、WEB服务器、Java EE服务器 - ppjj - 博客园
- 服务器是提供计算服务的设备；
- 容器屏蔽了服务器平台的复杂性，为部署在容器内的应用程序提供运行环境；
所以容器是位于应用程序/组件和服务器平台之间的接口集合，使得应用程序/组件可以方便部署到服务器上运行。
- WEB容器：可以部署多个WEB应用程序的环境。
- WEB服务器：一般指网站服务器，可以向浏览器等WEB客户端提供文档浏览、数据文件下载等WEB服务。
2.2 web 容器和servlet容器
图来自：各种容器与服务器的区别与联系：Servlet容器、WEB容器、Java EE容器、应用服务器、WEB服务器、Java EE服务器 - ppjj - 博客园
web容器是管理servlet（通过servlet容器），以及监听器(Listener)和过滤器(Filter)的。没有servlet容器，也可以用web容器提供静态页面访问，比如安装一个apache等。web容器主要有：Apache、IIS、Tomcat、Jetty、JBoss、webLogic等，而Tomcat、Jetty、JBoss、webLogic同时也是servlet容器，或者说他们还包含了servlet容器。
几种常见web容器的比较：
| Tomcat |
|
| Jboss |
|
| Weblogic |
|
| WebSphere |
|
| Resin |
|
3. Tomcat容器
Tomcat是一个JSP/Servlet容器，也是一个web容器。作为一个servlet容器，有三种工作模式：
- 独立的servlet容器：servlet容器是web服务器的一部分
- 进程内的servlet容器：servlet容器是作为web服务器的插件和java容器的实现，web服务器插件在内部地址空间打开一个jvm使得java容器在内部得以运行。反应速度快但伸缩性不足
- 进程外的servlet容器，servlet容器运行于web服务器之外的地址空间，并作为web服务器的插件和java容器实现的结合。反应时间不如进程内但伸缩性和稳定性比进程内优；
根据进入tomcat容器的请求，工作模式分为如下两类：
- 应用程序服务器：请求来自于前端的web服务器，这可能是Apache, IIS, Nginx等；
- 独立服务器：请求来自于web浏览器；
解压tomcat，目录结构有：
tomcat:
|---bin：存放启动和关闭tomcat脚本
|---conf：存放不同的配置文件（server.xml和web.xml）
|---doc：存放Tomcat文档；
|---lib/japser/common：存放Tomcat运行需要的库文件（JARS）；
|---logs：存放Tomcat执行时的LOG文件；
|---src：存放Tomcat的源代码；
|---webapps：Tomcat的主要Web发布目录（包括应用程序示例）；
|---work：存放jsp编译后产生的class文件；
顶层结构：
Tomcat中最顶层的容器是Server，一个Server可以包含多个Service，一个Service只有一个Engine，但是可以有多个Connectors。Connector用于处理连接相关的事情，并提供Socket与Request和Response相关的转化;Engine用于封装和管理Servlet，以及具体处理Request请求；
这种架构设计的优点：
- 各组件模块化相互配合独立，具备良好的扩展性
- 允许子容器集成服容器的配置，简化配置；
- 便于组件的生命周期管理（每个组件管理生命周期并通知其子节点）
tomcat的核心组件
server.xml位于$TOMCAT_HOME/conf目录下；
3.1 顶级组件server
Server表示正在运行的Tomcat实例，可包含一个或多个Service子容器；
图片来自：Tomcat整体架构分析 - 灌木大叔 - 博客园
JNDI(Java Naming and Directory Interface)是一个应用程序设计的API，为开发人员提供了查找和访问各种命名和目录服务的通用、统一的接口。JNDI已经成J2EE的标准之一，所有的J2EE容器都必须提供一个JNDI服务。
Naming，所谓名称服务，简单来说就是通过名称查找实际对象的服务；
Directory，是一种特殊的名称服务，目录服务(Directory Service)提供了对目录中对象(directory objects)的属性进行增删改查的操作。比如命名服务中根据打印机名称去获取打印机对象(引用)，然后进行打印操作；同时打印机拥有速率、分辨率、颜色等属性，作为目录服务，用户可以根据打印机的分辨率去搜索对应的打印机对象。
3.2 connector
Connector的主要功能，是接收连接请求，创建Request和Response对象用于和请求端交换数据；然后分配线程让Engine来处理这个请求，并把产生的Request和Response对象传给Engine。 通过配置Connector，可以控制请求Service的协议及端口号. 如上配置：
# 默认BIO模式
Tomcat Connector(Tomcat连接器)有bio、nio、apr三种运行模式。
| 模式 | 默认运行版本 | 处理方式 |
|---|---|---|
| BIO运行模式 | Tomcat7或以下版本 | 一个线程处理一个请求；缺点：并发量高是，线程数较多，浪费资源 |
| NIO运行模式 | Tomcat8版本 | 利用Java的异步IO处理，可通过少量的线程处理大量请求； |
| APR运行模式 | Tomcat7 或 8 在win7或以上系统中默认使用 | APR是使用原生C语言编写的非堵塞I/O，利用了操作系统的网络连接功能，速度很快； 以JNI的形式调用Apache HTTP服务器的核心动态链接库来处理文件读取或网络传输操作； 需先安装apr和native； |
3.3 Engine
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。
3.3.1 HOST
Host是Engine的子容器。Engine组件中可以内嵌1个或多个Host组件，每个Host组件代表Engine中的一个虚拟主机。Host组件至少有一个，且其中一个的name必须与Engine组件的defaultHost属性相匹配。
3.3.2 Context
Context是Host的子容器，每个Host中可以定义任意多的Context元素，Context元素代表在特定虚拟主机上运行的一个Web应用。
Tomcat可以开启自动部署，当Web应用没有在server.xml中配置静态部署，可以由Tomcat通过特定的规则自动部署。要开启Web应用的自动部署，需要配置所在的虚拟主机deployOnStartup和autoDeploy属性。deployOnStartup为true时，Tomcat在启动时检查Web应用，且检测到的所有Web应用视作新应用；autoDeploy为true时，Tomcat在运行时定期检查新的Web应用或Web应用的更新。
除了自动部署，也可以在server.xml中通过
server.xml中使用Context元素配置Web应用，Context元素应该位于Host元素中。举例如下：
docBase：静态部署时，docBase可以在appBase目录下，也可以不在；
path：静态部署时，可以显式指定path属性，但是仍然受到了严格的限制：只有当自动部署完全关闭(deployOnStartup和autoDeploy都为false)或docBase不在appBase中时，才可以设置path属性。
tomcat的三种部署模式：
| 自动部署 | 复制war包到tomcat的webapps目录中 |
| 增加web部署文件 | |
在server.xml中，在 |
|
3.3.3 Valve
valve是处理元素，它可以被包含在每个Tomcat容器的处理路径中--如engine、host、context以及servelt包装器。若要增加Valve到Tomcat容器则需要在server.xml中使用
3.4 tomcat的类加载机制
3.4.1 tomcat为什么要打破双亲委派机制
- 一个web容器可以部署多个应用程序，不同应用程序可能会依赖同一个第三方类库的不同版本，不能要求同一个类库在同一个服务器只有一份，因此要保证每个应用程序的类库都是独立的，保证相互隔离。
- 部署在同一个web容器中相同的类库相同的版本可以共享。
- web容器也有自己依赖的类库，不能与应用程序的类库混淆，应该让容器的类库和程序的类库隔离开来；
如果使用Java自带的类加载器，就不能加载两个相同类库的不同版本。
3.4.2 tomcat类加载器
图片来自：Tomcat怎么打破双亲委派机制的_Jackyyl729的博客-CSDN博客_tomcat打破
- commonLoader：Tomcat最基本的类加载器，加载路径中的class可以被Tomcat容器本身以及各个Webapp访问；
- catalinaLoader：Tomcat容器私有的类加载器，加载路径中的class对于Webapp不可见；
- sharedLoader：各个Webapp共享的类加载器，加载路径中的class对于所有Webapp可见，但是对于Tomcat容器不可见；
- WebappClassLoader：各个Webapp私有的类加载器，加载路径中的class只对当前Webapp可见；
WebAppClassLoader中，查找class方法源码：
@Override
public Class findClass(String name) throws ClassNotFoundException {
...
Class clazz = null;
try {
try {
if (securityManager != null) {
PrivilegedAction> dp =
new PrivilegedFindClassByName(name);
clazz = AccessController.doPrivileged(dp);
} else {
// 先在应用内找
clazz = findClassInternal(name);
}
} catch(AccessControlException ace) {
log.warn(sm.getString("webappClassLoader.securityException", name,
ace.getMessage()), ace);
throw new ClassNotFoundException(name, ace);
} catch (RuntimeException e) {
if (log.isTraceEnabled())
log.trace(" -->RuntimeException Rethrown", e);
throw e;
}
// 委托父类找
if ((clazz == null) && hasExternalRepositories) {
try {
clazz = super.findClass(name);
} catch(AccessControlException ace) {
log.warn(sm.getString("webappClassLoader.securityException", name,
ace.getMessage()), ace);
throw new ClassNotFoundException(name, ace);
} catch (RuntimeException e) {
if (log.isTraceEnabled())
log.trace(" -->RuntimeException Rethrown", e);
throw e;
}
}
if (clazz == null) {
if (log.isDebugEnabled())
log.debug(" --> Returning ClassNotFoundException");
throw new ClassNotFoundException(name);
}
} catch (ClassNotFoundException e) {
if (log.isTraceEnabled())
log.trace(" --> Passing on ClassNotFoundException");
throw e;
}
...
return clazz;
} 加载类的实现：
@Override
public Class loadClass(String name, boolean resolve) throws ClassNotFoundException {
synchronized (JreCompat.isGraalAvailable() ? this : getClassLoadingLock(name)) {
// (0) Check our previously loaded local class cache
clazz = findLoadedClass0(name);
if (clazz != null) {
if (log.isDebugEnabled())
log.debug(" Returning class from cache");
if (resolve)
resolveClass(clazz);
return clazz;
}
// (0.1) Check our previously loaded class cache
clazz = JreCompat.isGraalAvailable() ? null : findLoadedClass(name);
if (clazz != null) {
if (log.isDebugEnabled())
log.debug(" Returning class from cache");
if (resolve)
resolveClass(clazz);
return clazz;
}
// (0.2) Try loading the class with the system class loader, to prevent
// the webapp from overriding Java SE classes.
String resourceName = binaryNameToPath(name, false);
ClassLoader javaseLoader = getJavaseClassLoader();
boolean tryLoadingFromJavaseLoader;
try {
URL url;
if (securityManager != null) {
PrivilegedAction dp = new PrivilegedJavaseGetResource(resourceName);
url = AccessController.doPrivileged(dp);
} else {
url = javaseLoader.getResource(resourceName);
}
tryLoadingFromJavaseLoader = (url != null);
} catch (Throwable t) {
ExceptionUtils.handleThrowable(t);
tryLoadingFromJavaseLoader = true;
}
// 核心类加载器加载
if (tryLoadingFromJavaseLoader) {
try {
clazz = javaseLoader.loadClass(name);
if (clazz != null) {
if (resolve)
resolveClass(clazz);
return clazz;
}
} catch (ClassNotFoundException e) {
// Ignore
}
}
// (0.5) Permission to access this class when using a SecurityManager
if (securityManager != null) {
int i = name.lastIndexOf('.');
if (i >= 0) {
try {
securityManager.checkPackageAccess(name.substring(0,i));
} catch (SecurityException se) {
String error = sm.getString("webappClassLoader.restrictedPackage", name);
log.info(error, se);
throw new ClassNotFoundException(error, se);
}
}
}
boolean delegateLoad = delegate || filter(name, true);
// (1) Delegate to our parent if requested，委托给父类
if (delegateLoad) {
try {
clazz = Class.forName(name, false, parent);
if (clazz != null) {
if (resolve)
resolveClass(clazz);
return clazz;
}
} catch (ClassNotFoundException e) {
// Ignore
}
}
// (2) Search local repositories
try {
clazz = findClass(name);
if (clazz != null) {
if (resolve)
resolveClass(clazz);
return clazz;
}
} catch (ClassNotFoundException e) {
// Ignore
}
// (3) Delegate to parent unconditionally，自己加载
if (!delegateLoad) {
try {
clazz = Class.forName(name, false, parent);
if (clazz != null) {
if (resolve)
resolveClass(clazz);
return clazz;
}
} catch (ClassNotFoundException e) {
// Ignore
}
}
}
throw new ClassNotFoundException(name);
} 4. tomcat调优
4.1 内存调优
Tomcat运行在JVM上，所以存在JVM调优。修改TOMCAT_HOME/bin/catalina.sh
JAVA_OPTS="-server -XX:PermSize=512M -XX:MaxPermSize=1024m -Xms2048m -Xmx2048m
4.2 连接器调优
4.2.1 连接器线程池调优
4.2.2 IO 调优
Tomcat8以上版本，默认使用的就是NIO模式，如果是BIO更改为NIO。apr是Tomcat生产环境运行的首选方式.
4.2.3 禁用AJP
4.3 动静分离
将静态资源从Tomcat分离，交由Nginx处理。
4.4 禁用DNS解析
修改server.xml文件中的enableLookups参数值改为false：enableLookups="false"。
参考文献：
几种常见web 容器比较 - kaleidoscopic - 博客园
Tomcat原理详解及请求过程 - 奋斗de程序猿 - 博客园
详解Tomcat 配置文件server.xml - 编程迷思 - 博客园
Tomcat的三种运行模式_Jack Tian的博客-CSDN博客