什么是tomcat？tomcat是干什么用的？

一、什么是Tomcat

Tomcat 是由 Apache 软件基金会下属的 Jakarta 项目开发的一个 Servlet 容器。是开源的轻量级Web应用服务器。

二、tomcat结构目录

①bin：启动和关闭tomcat的bat文件。

• startup.bat , shutdown.bat 用于在windows下启动和停止脚本；
• startup.sh, shutdown.sh 用于在linux下启动和停止脚本；

②conf：配置文件。

• Catalina 用于存储针对每个虚拟机的Context配置
• context.xml 用于定义所有web应用均需加载的Context配置，如果web应用指定了自己的context.xml ，该文件将被覆盖
• catalina.properties Tomcat 的环境变量配置
• catalina.policy Tomcat 运行的安全策略配置
• logging.properties Tomcat 的日志配置文件， 可以通过该文件修改Tomcat 的日志级别及日志路径等
• server.xml该文件用于配置server相关的信息，比如tomcat启动的端口号，配置主机(Host)。
• web.xml文件配置与web应用(web应用相当于一个web站点)
• tomcat-user.xml配置用户名密码和相关权限。

③lib：该目录放置运行tomcat运行需要的jar包。

④logs：存放日志，当我们需要查看日志的时候，可以查询信息。

⑤webapps：放置我们的web应用。

⑥work工作目录：该目录用于存放jsp被访问后生成对应的server文件和.class文件。

启动:双击 bin/startup.bat 文件 ；
停止:双击 bin/shutdown.bat 文件 ；
访问:http://localhost:8080

三、Tomcat整体架构

1、Tomcat核心功能

我们已经了解了Tomcat要实现两个核心功能：

1） 处理Socket连接，负责网络字节流与Request和Response对象的转化。
2） 加载和管理Servlet，以及具体处理Request请求。

因此Tomcat设计了两个核心组件连接器（Connector）和容器（Container）来分别做这两件事情。连接器负责对外交流，容器负责内部处理。

2、连接器

连接器中的各个组件的作用如下：
1）EndPoint

• EndPoint ： 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，因此EndPoint用来实现TCP/IP协议的。
• Tomcat 并没有EndPoint 接口，而是提供了一个抽象类AbstractEndpoint ， 里面定义了两个内部类：Acceptor和SocketProcessor。Acceptor用于监听Socket连接请求。SocketProcessor用于处理接收到的Socket请求，它实现Runnable接口，在Run方法里调用协议处理组件Processor进行处理。为了提高处理能力，SocketProcessor被提交到线程池来执行。而这个线程池叫作执行器（Executor)，我在后面的专栏会详细介绍Tomcat如何扩展原生的Java线程池。

2） Processor
Processor ： Coyote 协议处理接口 ，如果说EndPoint是用来实现TCP/IP协议的，那么Processor用来实现HTTP协议，Processor接收来自EndPoint的Socket，读取字节流解析成Tomcat Request和Response对象，并通过Adapter将其提交到容器处理，Processor是对应用层协议的抽象。

3）ProtocolHandler
ProtocolHandler： 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I/O 提供了6个实现类 ： AjpNioProtocol ， AjpAprProtocol， AjpNio2Protocol ， Http11NioProtocol ，Http11Nio2Protocol ，Http11AprProtocol。我们在配置tomcat/conf/server.xml 时 ， 至少要指定具体的ProtocolHandler , 当然也可以指定协议名称 ， 如 ： HTTP/1.1 ，如果安装了APR，那么将使用Http11AprProtocol ， 否则使用 Http11NioProtocol 。

4）Adapter
由于协议不同，客户端发过来的请求信息也不尽相同，Tomcat定义了自己的Request类来“存放”这些请求信息。ProtocolHandler接口负责解析请求并生成Tomcat Request类。但是这个Request对象不是标准的ServletRequest，也就意味着，不能用Tomcat Request作为参数来调用容器。Tomcat设计者的解决方案是引入CoyoteAdapter，这是适配器模式的经典运用，连接器调用CoyoteAdapter的Sevice方法，传入的是Tomcat Request对象，CoyoteAdapter负责将Tomcat Request转成ServletRequest，再调用容器的Service方法。

3、容器

Tomcat设计了4种容器，分别是Engine、Host、Context和Wrapper。容器的功能是处理Connector接收进来的请求，并产生相应的响应，这4种容器不是平行关系，而是父子关系， Tomcat通过一种分层的架构，使得Servlet容器具有很好的灵活性。

1） Engine 表示整个Catalina的Servlet引擎，用来管理多个虚拟站点，一个Service最多只能有一个Engine，但是一个引擎可包含多个Host
2）Host 代表一个虚拟主机，或者说一个站点，可以给Tomcat配置多个虚拟主机地址，而一个虚拟主机下可包含多个Context
3）Context 表示一个Web应用程序， 一个Web应用可包含多个Wrapper
4）Wrapper 表示一个Servlet，Wrapper 作为容器中的最底层，不能包含子容器

四、server.xml

server.xml是Tomcat中最重要的配置文件，server.xml位于$TOMCAT_HOME/conf目录下；server.xml的每一个元素都对应了Tomcat中的一个组件；通过对xml文件中元素的配置，可以实现对Tomcat中各个组件的控制。

server.xml的整体结构如下：

<Server port="8005" shutdown="SHUTDOWN">
  <Listener className="org.apache.catalina.startup.VersionLoggerListener" />
  <Listener className="org.apache.catalina.core.AprLifecycleListener" SSLEngine="on" />
  <Listener className="org.apache.catalina.core.JreMemoryLeakPreventionListener" />
  <Listener className="org.apache.catalina.mbeans.GlobalResourcesLifecycleListener" />
  <Listener className="org.apache.catalina.core.ThreadLocalLeakPreventionListener" />
  <GlobalNamingResources>
    <Resource name="UserDatabase" auth="Container"
              type="org.apache.catalina.UserDatabase"
              description="User database that can be updated and saved"
              factory="org.apache.catalina.users.MemoryUserDatabaseFactory"
              pathname="conf/tomcat-users.xml" />
  GlobalNamingResources>
  <Service name="Catalina">
   <Connector port="8080" protocol="HTTP/1.1" connectionTimeout="20000" redirectPort="8443" />
    <!--连接器可以有多个 Engine 只能有一个处理->           
    <Engine name="Catalina" defaultHost="localhost">
      <Realm className="org.apache.catalina.realm.LockOutRealm">
        <Realm className="org.apache.catalina.realm.UserDatabaseRealm"
               resourceName="UserDatabase"/>
      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 "%r" %s %b" />
      Host>
    Engine>
  Service>
Server>

1、server.xml文件中的元素可以分为以下4类

（1）顶层元素：和
元素是整个配置文件的根元素，元素则代表一个Engine元素以及一组与之相连的Connector元素。

（2）连接器：
代表了外部客户端发送请求到特定Service的接口；同时也是外部客户端从特定Service接收响应的接口。

（3）容器：
容器的功能是处理Connector接收进来的请求，并产生相应的响应。Engine、Host和Context都是容器，但它们不是平行的关系，而是父子关系：Engine包含Host，Host包含Context。一个Engine组件可以处理Service中的所有请求，一个Host组件可以处理发向一个特定虚拟主机的所有请求，一个Context组件可以处理一个特定Web应用的所有请求。

（4）内嵌组件：可以内嵌到容器中的组件。实际上，Server、Service、Connector、Engine、Host和Context是最重要的最核心的Tomcat组件，其他组件都可以归为内嵌组件。

2、各个核心组件的作用、特点以及配置方式

1）Server

Server元素在最顶层，代表整个Tomcat容器，因此它必须是server.xml中唯一一个最外层的元素。一个Server元素中可以有一个或多个Service元素。

在第一部分的例子中，在最外层有一个元素，shutdown属性表示关闭Server的指令；port属性表示Server接收shutdown指令的端口号，设为-1可以禁掉该端口。

2）Service

Service的作用，是在Connector和Engine外面包了一层，把它们组装在一起，对外提供服务。

一个Service可以包含多个Connector，但是只能包含一个Engine；其中Connector的作用是从客户端接收请求，Engine的作用是处理接收进来的请求。

在第一部分的例子中，Server中包含一个名称为“Catalina”的Service。实际上，Tomcat可以提供多个Service，不同的Service监听不同的端口。

3）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。Service可以配置两个Connector。

eg：配置两个Connector

 <Connector port="8080" protocol="HTTP/1.1" connectionTimeout="20000" redirectPort="8443" />
 <Connector port="8009" protocol="AJP/1.3" redirectPort="8443" />

（1）通过配置第1个Connector，客户端可以通过8080端口号使用http协议访问Tomcat。其中，protocol属性规定了请求的协议，port规定了请求的端口号，redirectPort表示当强制要求https而请求是http时，重定向至端口号为8443的Connector，connectionTimeout表示连接的超时时间。

在这个例子中，Tomcat监听HTTP请求，使用的是8080端口，而不是正式的80端口；实际上，在正式的生产环境中，Tomcat也常常监听8080端口，而不是80端口。这是因为在生产环境中，很少将Tomcat直接对外开放接收请求，而是在Tomcat和客户端之间加一层代理服务器(如nginx)，用于请求的转发、负载均衡、处理静态文件等；通过代理服务器访问Tomcat时，是在局域网中，因此一般仍使用8080端口。

（2）通过配置第2个Connector，客户端可以通过8009端口号使用AJP协议访问Tomcat。是因为Tomcat可以用作Servlet/JSP容器，但是对静态资源的处理速度较慢，不如Apache和IIS等HTTP服务器；因此常常将Tomcat与Apache等集成，前者作Servlet容器，后者处理静态资源，而AJP协议便负责Tomcat和Apache的连接。

4）Engine

Engine组件在Service组件中有且只有一个；Engine是Service组件中的请求处理组件。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。eg:

<Engine name="Catalina" defaultHost="localhost">

name属性用于日志和错误信息，defaultHost属性指定了默认的host名称，当发往本机的请求指定的host名称不存在时，一律使用defaultHost指定的host进行处理；因此，defaultHost的值，必须与Engine中的一个Host组件的name属性值匹配。

name属性用于日志和错误信息，在整个Server中应该唯一。

5）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。

Host的作用:
Host虚拟主机的作用，是运行多个Web应用（一个Context代表一个Web应用），并负责安装、展开、启动和结束每个Web应用。

Host组件代表的虚拟主机，对应了服务器中一个网络名实体(如”www.test.com”，或IP地址”116.25.25.25”)；为了使用户可以通过网络名连接Tomcat服务器，这个名字应该在DNS服务器上注册。

客户端通常使用主机名来标识它们希望连接的服务器；该主机名也会包含在HTTP请求头中。Tomcat从HTTP头中提取出主机名，寻找名称匹配的主机。如果没有匹配，请求将发送至默认主机。因此默认主机不需要是在DNS服务器中注册的网络名，因为任何与所有Host名称不匹配的请求，都会路由至默认主机。

<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 "%r" %s %b" />
      Host>

Host的参数:

• unpackWARs指定了是否将代表Web应用的WAR文件解压；如果为true，通过解压后的文件结构运行该Web应用，如果为false，直接使用WAR文件运行Web应用。
• Host的autoDeploy和appBase属性，与Host内Web应用的自动部署有关；

一个Engine中有且仅有一个Host组件的name属性与Engine组件的defaultHost属性相匹配

Host元素内定义了Valve组件:
不同的Valve有不同的特性，AccessLogValve记录的日志就是访问日志，每天的请求会写到一个日志文件里。AccessLogValve可以与Engine、Host或Context关联；

一个容器内可以建立多个Valve，而且Valve定义的次序也决定了它们生效的次序。

Valve组件参数：

• className：规定了Valve的类型，是最重要的属性；本例中，通过该属性规定了这是一个AccessLogValve。
• directory：指定日志存储的位置，本例中，日志存储在$TOMCAT_HOME/logs目录下。
• prefix：指定了日志文件的前缀。
• suffix：指定了日志文件的后缀。通过directory、prefix和suffix的配置，在$TOMCAT_HOME/logs目录下，可以看到如下所示的日志文件。
• pattern：指定记录日志的格式

小结：pattern中一些值:
%h：远程主机名或IP地址；如果有nginx等反向代理服务器进行请求分发，该主机名/IP地址代表的是nginx，否则代表的是客户端。后面远程的含义与之类似，不再解释。
%l：远程逻辑用户名，一律是”-”，可以忽略。
%u：授权的远程用户名，如果没有，则是”-”。
%t：访问的时间。
%r：请求的第一行，即请求方法(get/post等)、uri、及协议。
%s：响应状态，200,404等等。
%b：响应的数据量，不包括请求头，如果为0，则是””-。
%D：请求处理的时间(单位是毫秒)

6）Context（静态部署）

Context元素代表在特定虚拟主机上运行的一个Web应用。每个Web应用基于WAR文件，或WAR文件解压后对应的目录

<Engine>
       <Host>
             <Context />
             <Context path="/" docBase="D:\Program Files \app1.war" reloadable="true"/>
       Host>
 Engine>

元素参数如下：

• docBase：docBase指定了该Web应用使用的WAR包路径，或应用目录。静态部署时，docBase可以在appBase目录下，也可以不在；本例中，docBase不在appBase目录下。
• 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。在本例中，docBase不在appBase中，因此path属性可以设置。
• reloadable属性指示tomcat是否在运行时监控在WEB-INF/classes和WEB-INF/lib目录下class文件的改动。如果值为true，那么当class文件改动时，会触发Web应用的重新加载。在开发环境下，reloadable设置为true便于调试；但是在生产环境中设置为true会给服务器带来性能压力，因此reloadable参数的默认值为false。

但是目前往往server.xml配置文件中看不到Context元素的出现，因为Tomcat开启了自动部署，Web应用没有在server.xml中配置静态部署，而是由Tomcat通过特定的规则自动部署。

Context是Host的子容器，每个Host中可以定义任意多的Context元素。
静态部署与自动部署是可以共存的。在实际应用中，并不推荐使用静态部署，因为server.xml 是不可动态重加载的资源，服务器一旦启动了以后，要修改这个文件，就得重启服务器才能重新加载。而自动部署可以在Tomcat运行时通过定期的扫描来实现，不需要重启服务器。

7）Listener

Listener(即监听器)定义的组件，可以在特定事件发生时执行特定的操作；被监听的事件通常是Tomcat的启动和停止。监听器需要配置的最重要的属性是className，该属性规定了监听器的具体实现类，该类必须实现了org.apache.catalina.LifecycleListener接口。

<Listener className="org.apache.catalina.startup.VersionLoggerListener" />
  <Listener className="org.apache.catalina.core.AprLifecycleListener" SSLEngine="on" />
  <Listener className="org.apache.catalina.core.JasperListener" />
  <Listener className="org.apache.catalina.core.JreMemoryLeakPreventionListener" />
  <Listener className="org.apache.catalina.mbeans.GlobalResourcesLifecycleListener" />
  <Listener className="org.apache.catalina.core.ThreadLocalLeakPreventionListener" />

下面依次介绍例子中配置的监听器：

• VersionLoggerListener：当Tomcat启动时，该监听器记录Tomcat、Java和操作系统的信息。该监听器必须是配置的第一个监听器。
• AprLifecycleListener：Tomcat启动时，检查APR库，如果存在则加载。APR，即Apache Portable Runtime，是Apache可移植运行库，可以实现高可扩展性、高性能，以及与本地服务器技术更好的集成。
• JasperListener：在Web应用启动之前初始化Jasper，Jasper是JSP引擎，把JVM不认识的JSP文件解析成java文件，然后编译成class文件供JVM使用。
• JreMemoryLeakPreventionListener：与类加载器导致的内存泄露有关。
• GlobalResourcesLifecycleListener：通过该监听器，初始化< GlobalNamingResources>标签中定义的全局JNDI资源；如果没有该监听器，任何全局资源都不能使用。< GlobalNamingResources>将在后文介绍。
• ThreadLocalLeakPreventionListener：当Web应用因thread-local导致的内存泄露而要停止时，该监听器会触发线程池中线程的更新。当线程执行完任务被收回线程池时，活跃线程会一个一个的更新。只有当Web应用(即Context元素)的renewThreadsWhenStoppingContext属性设置为true时，该监听器才有效。

8）GlobalNamingResources与Realm

Realm提供了一种用户密码与web应用的映射关系，从而达到角色安全管理的作用。Realm的配置使用name为UserDatabase的资源实现。而该资源在Server元素中使用GlobalNamingResources配置，GlobalNamingResources元素定义了全局资源，通过配置可以看出，该配置是通过读取$TOMCAT_HOME/ conf/tomcat-users.xml实现的。

五、Tomcat 三种部署方式

Tomcat 三种部署方式：
1）在server.xml文件上配置节点，设置相关的属性即可（静态部署）【上文中提过】
2）直接把Web项目放在webapps下，Tomcat会自动将其部署（自动部署）
3）通过Catalina来进行配置:进入到conf\Catalina\localhost文件下，创建一个xml文件，该文件的名字就是站点的名字。(自动部署）

自动部署原理：

通过配置Host元素的deployOnStartup和autoDeploy属性可以开启虚拟主机自动部署Web应用：当检测到新的Web应用或Web应用的更新时，会触发应用的部署(或重新部署)。

二者的主要区别在于：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。

自动部署依赖于检查是否有新的或更改过的Web应用，而Host元素的appBase和xmlBase设置了检查Web应用更新的目录：

• appBase属性指定Web应用所在的目录，默认值是webapps，这是一个相对路径，代表Tomcat根目录下webapps文件夹。
• xmlBase属性指定Web应用的XML配置文件所在的目录，默认值为conf//，例如上文例子中，主机localhost的xmlBase的默认值是$TOMCAT_HOME/conf/Catalina/localhost。

而Tomcat按照如下的顺序进行扫描，来检查应用更新：
1）扫描虚拟主机指定的xmlBase下的XML配置文件
2）扫描虚拟主机指定的appBase下的WAR文件
3）扫描虚拟主机指定的appBase下的应用目录

六、常用端口

Tomcat 常见端口：8005、8009、8080、8443作用

8005 ==> 8005端口是关闭tomcat进程所用

<Server shutdown="SHUTDOWN" port="8005">

8009 ==> HTTP等反向代理tomcat时就可以使用ajp协议反向代理到该端口
8080 ==>默认的HTTP监听端口
8843 ==> 默认的HTTPS监听端口。（默认未开启）

<Connector port="8080" redirectPort="8443" connectionTimeout="20000" protocol="HTTP/1.1"/>

七、tomcat 几种Connector 运行模式

1、bio ==> 传统的Java I/O操作，同步且阻塞IO。默认的模式,性能最差，没有经过任何优化处理和支持

<Connector port="8080" redirectPort="8443" connectionTimeout="20000" protocol="HTTP/1.1"/>

2、nio ==> JDK1.4开始支持，同步阻塞或同步非阻塞IO。 拥有比传统I/O操作更好的并发运行性能

<Connector port="8080" redirectPort="8443" connectionTimeout="20000" protocol="org.apache.coyte.http11.Http11NioPortocol"/>

3、aio ==> aio(nio.2): JDK7开始支持，异步非阻塞IO;
4、apr ==>Tomcat将以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，从而大大地 提高Tomcat对静态文件的处理性能. 从操作系统级别来解决异步IO的问题，大幅度的提高性能（需要安装apr native）

<Connector port="8080" redirectPort="8443" connectionTimeout="20000" protocol="org.apache.coyte.http11.Http11AprPortocol"/>

查看 tomcat Connector 运行模式

1、根据tomcat启动日志信息判断

2、在http://x.x.x.x:8080/manager/status中查看服务器状态

八、tomcat容器如何创建servlet类实例

1、当容器启动时，会读取在webapps目录下所有的web应用中的web.xml文件，然后对 xml文件进行解析，并读取servlet注册信息。然后，将每个应用中注册的servlet类都进行加载，并通过 反射的方式实例化。（有时候也是在第一次请求时实例化）
2、在servlet注册时加上1如果为正数，则在一开始就实例化，如果不写或为负数，则第一次请求实例化。

九、Tomcat工作模式

Tomcat作为servlet容器，有三种工作模式：

1、独立的servlet容器，servlet容器是web服务器的一部分；
2、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；
3、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；
进入Tomcat的请求可以根据Tomcat的工作模式分为如下两类：

Tomcat作为应用程序服务器：请求来自于前端的web服务器，这可能是Apache, IIS, Nginx等；
Tomcat作为独立服务器：请求来自于web浏览器；