Tomcat整体架构解析

一、Tomcat整体架构介绍

Tomcat是一个开源的轻量级web应用服务器。整体架构如下：

1. Tomcat中最顶层的容器是Server，即代表一个Tomcat服务器，一个Server中可以有多个Service，对外提供不同的web服务。
2. Service是对Connector和Container的封装，一个Service中有一个或多个连接器，和一个Container容器。
3. 连接器Connector负责监听端口接收请求并按照设定的协议进行解析数据，将解析后的请求交给容器处理。连接器之所以设计为支持多个，主要是为了方便客户端可以通过不同的协议来发送请求，一个Connector可监听一个端口 设定一种IO模式（BIO、NIO、APR）和一种应用层协议（HTTP、HTTPS和AJP等）。
4. 容器Container负责处理连接器传递过来的已经解析封装好的请求，通过层层处理最终调用请求路径匹配的filter / servlet实例来处理请求，处理完毕后将结果原路返回由Connector发出。
   

二、连接器Connector详解

Connector中使用ProtocolHandler来封装不同的IO模式和应用协议组合，例如NIO模式和HTTP1.1协议对应的就是Http11NioProtocol类。在配置文件中配置Connector的protocol属性值为Http11NioProtocol即使其成为支持NIO和HTTP1.1的连接器。

<Connector port="8080" executor="tomcatThreadPool" protocol="org.apache.coyote.http11.Http11NioProtocol" 
         redirectPort="8443" enableLookups="false" URIEncoding="UTF-8" maxKeepAliveRequests="500" />

Tomcat8前默认为BIO模式，Tomcat8.0起默认为NIO模式，并在Tomcat8.5起移除了BIO模式

在ProtocolHandler中，EndPoint类负责Socket请求的收发，Processor类负责从Socket中解析出对应协议格式的数据并封装为Request 或者反向。然后通过适配器Adapter将Request转换为标准的ServletRequest传递给Servlet容器进行处理。这样每个模块只负责必要的部分，实现功能模块的高内聚和低耦合，

1. EndPoint

在BIO实现的Connector中，处理请求的主要实体是JIoEndpoint对象。JIoEndpoint维护了Acceptor和一个线程池：Acceptor负责接收socket，然后从线程池中找出空闲的线程处理socket，如果线程池没有空闲线程，则Acceptor将阻塞。

在NIO实现的Connector中，处理请求的主要实体是NIoEndpoint对象。在NIoEndpoint中Acceptor接收socket后，不是直接放到线程池中处理，而是先将socket封装为一个Channel放进Poller的通道队列中，而Poller是实现NIO的关键，在Poller中，维护了一个Selector选择器对象，Poller从通道队列中取出socket后注册到该Selector中，然后通过Selector轮询，找出其中可读的socket，并放到线程池中进行后续处理。

Acceptor和Poller默认都是单线程的，而线程池默认使用的Tomcat自己定制的线程池，在JDK的线程池ThreadPoolExecutor中只有当任务等待队列满了才会启动非核心线程，但是在TomcatThreadPool中当核心线程数满了之后就会启动非核心线程，以便请求能够快速得到响应。

二、容器Container详解

容器中有如下四个组件，并且这四个组件是具有层次关系的：一个Engine下可以有多个Host，一个Host下可以有多个Context，一个Context下可以有多个Wrapper，一个Wrapper下可以有多个Servlet实例对象。

• Engine：一个容器Container中有一个Engine

• Host：一个Host表示一个虚拟服务器，可以给每个Host配置一个域名

• Context：一个Context就是一个应用，一个项目

• Wrapper：一个Wrapper是对Servlet的包装，一个Wrapper下可以有多个Servlet实例对象。
  
  在连接器生成请求的Request对象后，传递到容器执行处理的过程如下：

1. Mapper组件根据请求行的URL值和请求头的Host值匹配由哪个Host容器、Context容器、Wrapper容器处理请求。
2. CoyoteAdaptor组件负责将Connector组件和Engine容器关联起来，把生成的Request对象转换为标准的ServletRequest对象传递到Engine容器中，调用 Pipeline。
3. Engine容器的管道开始处理，管道中包含若干个Valve、每个Valve负责部分处理逻辑。执行完Valve后会执行基础的 Valve–StandardEngineValve，负责调用Host容器的Pipeline。
4. Host容器的管道开始处理，流程类似，最后执行 Context容器的Pipeline。
5. Context容器的管道开始处理，流程类似，最后执行 Wrapper容器的Pipeline。
6. Wrapper容器的管道开始处理，流程类似，最后在执行完过滤链FilterChain后执行对应Servlet实例的处理方法

三、配置文件server.xml和web.xml

1. server.xml

server.xml是Tomcat的核心配置文件，定义整个Tomcat服务器的架构。其默认的主要配置如下：

<Server port="8005" shutdown="SHUTDOWN">
   <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">
             <Host name="localhost"  appBase="webapps"unpackWARs="true" autoDeploy="true">
           <Context >
                <Context />
 Host>
    Engine>
  Service>
Server>

其中定义这会让Tomcat启动一个server实例(即一个JVM)，它监听在8005端口以接收“SHUTDOWN”命令，如果接收到了就会关闭Tomcat。各Server的定义不能使用同一个端口，这意味着如果在同一个机器上启动了多个Tomcat服务器，必须配置它们使用不同的端口。

2. web.xml

上述默认Host配置中appBase="webapps“表示默认应用，Tomcat目录下：d:\tomcat\webapps 这样的路径，实际可以指定多个自定义的Context应用：

<Host name="localhost" unpackWARs="true" autoDeploy="true">
	<Context path="/js" docBase="E:\eclipse\java_web\jspPrime\webapps" reloadable="true"/>
	<Context path="/word" docBase="D:\apache-tomcat-7.0.35\webapps"/>
Host>

用于配置一个虚拟路径，这样我们开发项目就不用都拷到webapps下了，而是指定一个虚拟路径，这个虚拟路径的名字是path=“**” 而实际绝对路径是 docBase所指的。

在Context应用目录下，需要有一个web.xml文件，用于配置Filter、Servlet类等的路径及其匹配路径。一个样例如下

<web-app>
    <display-name>MyWebappdisplay-name>

    <filter>
        <filter-name>globalfilter-name>
        <filter-class>com.xxxx.MyFilterfilter-class>
        <init-param>
            <param-name>testparam-name>
            <param-value>1param-value>
        init-param>
    filter>

    <filter-mapping>
        <filter-name>globalfilter-name>
        <url-pattern>/*url-pattern>
    filter-mapping>

    <servlet>
        <servlet-name>MyHttpServletservlet-name>
        <servlet-class>com.xxxx.MyHttpServletservlet-class>
        <init-param>
            <param-name>testPparam-name>
            <param-value>falseparam-value>
        init-param>
        <load-on-startup>1load-on-startup>
    servlet>

    <servlet-mapping>
        <servlet-name>MyHttpServletservlet-name>
        <url-pattern>*.htmlurl-pattern>
    servlet-mapping>

web-app>

参考：

1. Tomcat服务部署及优化
2. Tomcat处理请求流程
3. Tomcat – 请求处理流程