一步步带你了解Tomcat中的连接器是如何设计的

一、Tomcat的整体架构设计

Tomcat有2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。

Tomcat 支持的 I/O 模型有：

• NIO：非阻塞 I/O，采用 Java NIO 类库实现。
• NIO2：异步 I/O，采用 JDK 7 最新的 NIO2 类库实现。
• APR：采用 Apache 可移植运行库实现，是 C/C++ 编写的本地库。

Tomcat 支持的应用层协议有：

• HTTP/1.1：这是大部分 Web 应用采用的访问协议。
• AJP：用于和 Web 服务器集成（如 Apache）。
• HTTP/2：HTTP 2.0 大幅度的提升了 Web 性能。

Tomcat 为了实现支持多种 I/O 模型和应用层协议，一个容器可能对接多个连接器，就好比一个房间有多个门。但是单独的连接器或者容器都不能对外提供服务，需要把它们组装起来才能工作，组装后这个整体叫作 Service 组件。这里请你注意，Service 只是在连接器和容器外面多包了一层，把它们组装在一起。Tomcat 内可能有多个 Service，这样的设计也是出于灵活性的考虑。通过在 Tomcat 中配置多个 Service，可以实现通过不同的端口号来访问同一台机器上部署的不同应用。

二、Tomcat连接器

连接器屏蔽了各种协议和I/O模型的区别，最后对于Servlet容器来说都能获取到一个标准的ServletRequest对象。对于连接器的工作流程大致如下：

• 监听网络端口，等待连接请求
• 接受网络连接请求
• 读取请求中的字节流
• 根据具体应用层协议（HTTP/APR）解析字节流，生成统一的Tomcat Request对象
• 将Tomcat Request对象转换成标准的ServletRequest提交给Servlet容器
• 调用Servlet容器，得到ServletResponse
• 将ServletResponse转换成Tomcat Response对象
• 将Tomcat Response转成网络字节流
• 将响应字节流写回浏览器

在上面的连接器的工作流程可以得出，连接器有三个主要的功能：网络通信、应用层协议解析、Tomcat Request/Response与ServletRequest/ServletResponse之间的转换。所以Tomcat的设计者设计了3个组件来实现这三个功能：Endpoint、Processor和Adapter。

Endpoint负责提供字节流给Processor处理，Processor处理好之后提供Tomcat Request对象给Adapter，Adapter将Tomcat Request对象转成标准的ServletRequest提供给Servlet容器。

I/O模型和应用层协议可以自由组合，例如：NIO+HTP、NIO2+HTTP或者NIO2+AJP。所以在Tomcat的设计中，有一个ProtocolHandler的接口，来处理I/O和应用层协议的变化。各种通讯模型和协议的组合都有对应的具体的实现类，例如Http11NioProtocol和AjpNioProtocol。

在上面的图可以看到在Tomcat中每一种I/O和应用层协议的组合都有具体的实现类。在使用的使用可以自由组合。

2.1 连接器三大组件的关系

连接器三大核心组件：Endpoint、Processor和Adapter上面已经介绍了它们的作用，其中在上面的类继承图中可以看到Endpoint+Processor放在一起被抽象成ProtocolHandler组件，如下：

2.2 ProtocolHandler组件

上面的类继承图中可以知道Tomcat中连接器使用ProtocolHandler来处理网络连接和应用层协议，主要包含Endpoint和Processor。

1、Endpoint

Endpoint是通信端点，是具体的Socket接收和发送处理器，是对传输层的抽象，所以Endpoint是用来实现TPC/IP协议的。

AbstractEndpoint是Endpoint对应的抽象接口，具体的实现类有NioEndpoint和Nio2Endpoint，有两个重要的子组件Acceptor和SocketProcessor。

Acceptor是用来监听Socket连接请求。SocketProcessor用来处理接收到的Socket请求，它实现了Runnable接口，在run方法中调用协议处理组件Processor进行处理。Tomcat为了提高处理能力。SocketProcessor被提交到线程池中执行。这个线程池在Tomcat中被命名为执行器（Executor）。

2、Processor

Endpoint是用来实现TCP/IP协议，Processor是用来实现HTTP协议，Processor接受来自Endpoint的Socket，解析成Tomcat Request和Response对象，并通过Adapter提交到容器中，在上图中可见到。Processor是对应应用层协议的抽象。其类图如下，Processor是个接口，定义了请求的处理等方法。它的抽象实现类 AbstractProcessor 对一些协议共有的属性进行封装，没有对方法进行实现。具体的实现有 AJPProcessor、HTTP11Processor 等，这些具体实现类实现了特定协议的解析方法和请求处理方式。

所以连接器的组件又进一步细化成如下的结构图，EndPoint 接收到 Socket 连接后，生成一个 SocketProcessor 任务提交到线程池去处理，SocketProcessor 的 Run 方法会调用 Processor 组件去解析应用层协议，Processor 通过解析生成 Request 对象后，会调用Adapter 的 Service 方法。

2.3 适配器Adapter

发送过来的请求可能协议会不同，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。

三、总结

Tomcat 的整体架构包含了两个核心组件连接器和容器。连接器负责对外交流，容器负责内部处理。连接器用 ProtocolHandler 接口来封装通信协议和 I/O 模型的差异，ProtocolHandler 内部又分为 EndPoint 和 Processor 模块，EndPoint 负责底层 Socket 通信，Proccesor 负责应用层协议解析。连接器通过适配器 Adapter 调用容器。