tomcat架构分析及配置详解

发布于 2022年 01月 12日 08:45

浏览器访问服务器的流程

请求发起的过程:

注意:浏览器访问服务器使用的是http协议,http是应用层协议,而具体传输还是使用的TCP/IP协议

Tomcat系统总架构

2.1 Tomcat请求处理过程

一个http请求过来,Tomcat会接收,然后根据配置调用不同的servlet来进行处理。

为了解耦,设计了一个Tomcat容器:

因此,Tomcat不仅是一个http服务器,还是一个servlet容器。这也就是它的两个重要的功能:

  1. 和客户端浏览器交互,进行socket通信,将字节流和Request/Response对象进行转换
  2. Servlet容器处理逻辑

Tomcat设计了两个核心组件来完成这两大功能

  1. 连接器:处理Socket连接
  2. 容器:加载和管理Servlet

Servlet接口和Servlet容器这一整套内容叫做Servlet规范。

2.2 Tomcat Servlet容器处理流程

当用户请求某个URL资源时

  1. Http服务器会把请求信息使用ServletRuest对象封装起来
  2. 根据URL和Servlet的映射关系,找到对应的Servlet,进一步去某个具体的Servlet
  3. 如果Servlet还没有被加载,就用反射机制创建这个Servlet,并调用Servlet的init方法来完成初始化
  4. 接着调用这个具体的Servlet的service方法来处理请求,请求处理结果使用ServletResponse对象封装
  5. 把ServletResponse对象返回给HTTP服务器,HTTP服务器会把响应结果发送给客户端

Tomcat连接器组件 Coyote(开椰踢)

3.1 Coyote简介

Coyote是Tomcat中连接器组件的名称,是对外的接口。客户端通过Coyote与服务器建立连接,发送请求并接收响应。

  1. Coyote封装了底层的网络通信(Socket请求及响应)
  2. Coyote使容器组件与具体的请求协议及IO操作完全解耦
  3. Coyote 将Socket输入转换封装为Request对象,进一步封装后交由Servlet的容器处理,请求处理完成后,容器通过Coyote提供的Response对象将结果写入输出流
  4. Coyote负责的是具体协议(应用层)和IO(传输层)相关内容

Tomcat支持多种应用层协议和IO模型:

名称 应用层协议或IO模型 描述
应用层 HTTP/1.1 这时大部分Web应用采用的访问协议
应用层 AJP 用于和WX集成(如Apache),以实现对静态资源的优化以及集群部署,当前支持AJP/1.3
应用层 HTTP/2 HTTP2大幅度提升了Web性能。下一代HTTP协议,自8.5以及9.0版本之后支持。
传输层 NIO 非阻塞I/O,采用Java NIO类库实现
传输层 NIO2 异步IO,采用JDK7 的NIO2类库实现
传输层 APR 采用Apache可移植允许库实现,是C/C++编写的本地库。如果选择该方案,需要单独安装APR库

Tomcat8.0 以前,Tomcat默认采用的IO方式为BIO,之后改为了NIO。无论是NIO、还是NIO2,性能都是优于以往的BIO,如果采用APR,甚至可以达到Apache HTTP Server的影响性能。

Coyote组件及作用

组件 作用
EndPoint EndPoint 是 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
Processor Processor 是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
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
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类来封装这些请求信息。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,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

Tomcat Servlet容器 Catalina

Catalina是一款Servlet容器,且Catalina是Tomcat的核心。

它的结构如下:

其实,可以认为Tomcat就是一个Catalina实例,Tomcat启动的时候会初始化这个实例,Catalina实例通过加载server.xml完成其他实例的创建,创建并管理一个Server,Server创建并管理多个服务,每个服务又可以有多个Connector和一个Container。

每个Service实例下可以有多个Connector实例和一个Container实例

Container组件的具体结构:

  • 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

  • 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

  • Context

表示一个Web应用程序,一个Web应用可包含多个Wrapper

  • Wrapper

表示一个Servlet,Wrapper作为容器中的最底层,不能包含子容器

Tomcat服务器核心配置

核心配置:conf/server.xml文件

主要结构如下:
一个Server根元素,有Listener、GlobalNamingResources、Service子标签

<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?>

<Server port="8005" shutdown="SHUTDOWN">
  <Listener />
  
  <GlobalNamingResources></GlobalNamingResources>
 
  <Service name="Catalina"></Service>
 
</Server>

Server标签详细:

<!--
port:关闭服务器的监听端⼝
shutdown:关闭服务器的指令字符串
-->
<Server port="8005" shutdown="SHUTDOWN">
<!-- 以⽇志形式输出服务器 、操作系统、JVM的版本信息 -->
<Listener className="org.apache.catalina.startup.VersionLoggerListener" />
<!-- Security listener. Documentation at /docs/config/listeners.html
<Listener className="org.apache.catalina.security.SecurityListener" />
-->
<!--APR library loader. Documentation at /docs/apr.html -->
<!-- 加载(服务器启动) 和 销毁 (服务器停⽌) APR。 如果找不到APR库, 则会输出⽇志, 并
不影响 Tomcat启动 -->
<Listener className="org.apache.catalina.core.AprLifecycleListener"
SSLEngine="on" />
<!-- Prevent memory leaks due to use of particular java/javax APIs-->
<!-- 避免JRE内存泄漏问题 -->
<Listener
className="org.apache.catalina.core.JreMemoryLeakPreventionListener" />
<!-- 加载(服务器启动) 和 销毁(服务器停⽌) 全局命名服务 -->
<Listener
className="org.apache.catalina.mbeans.GlobalResourcesLifecycleListener" />
<!-- 在Context停⽌时重建 Executor 池中的线程, 以避免ThreadLocal 相关的内存泄漏 -->
<Listener
className="org.apache.catalina.core.ThreadLocalLeakPreventionListener" />
<!-- Global JNDI resources
Documentation at /docs/jndi-resources-howto.html
GlobalNamingResources 中定义了全局命名服务
-->
<GlobalNamingResources>
<!-- Editable user database that can also be used by
UserDatabaseRealm to authenticate users
-->
<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>
<!-- A "Service" is a collection of one or more "Connectors" that share
a single "Container" Note: A "Service" is not itself a "Container",
so you may not define subcomponents such as "Valves" at this level.
Documentation at /docs/config/service.html
-->
<Service name="Catalina">
...
</Service>
</Server>

Service标签

<!--
该标签⽤于创建 Service 实例,默认使⽤ org.apache.catalina.core.StandardService。
默认情况下,Tomcat 仅指定了Service 的名称, 值为 "Catalina"。
Service ⼦标签为 : Listener、Executor、Connector、Engine,
其中:
Listener ⽤于为Service添加⽣命周期监听器,
Executor ⽤于配置Service 共享线程池,
Connector ⽤于配置Service 包含的链接器,
Engine ⽤于配置Service中链接器对应的Servlet 容器引擎
-->
<Service name="Catalina">
...
</Service>

Executor标签

<!--
 默认情况下,Service 并未添加共享线程池配置。 如果我们想添加⼀个线程池, 可以在
<Service> 下添加如下配置:
name:线程池名称,⽤于 Connector中指定
namePrefix:所创建的每个线程的名称前缀,⼀个单独的线程名称为
namePrefix+threadNumber
maxThreads:池中最⼤线程数
minSpareThreads:活跃线程数,也就是核⼼池线程数,这些线程不会被销毁,会⼀直存在
maxIdleTime:线程空闲时间,超过该时间后,空闲线程会被销毁,默认值为6000(1分钟),单位
毫秒
maxQueueSize:在被执⾏前最⼤线程排队数⽬,默认为Int的最⼤值,也就是⼴义的⽆限。除⾮特
殊情况,这个值 不需要更改,否则会有请求不会被处理的情况发⽣
prestartminSpareThreads:启动线程池时是否启动 minSpareThreads部分线程。默认值为
false,即不启动
threadPriority:线程池中线程优先级,默认值为5,值从1到10
className:线程池实现类,未指定情况下,默认实现类为
org.apache.catalina.core.StandardThreadExecutor。如果想使⽤⾃定义线程池⾸先需要实现
org.apache.catalina.Executor接⼝
-->
<Executor name="commonThreadPool"
namePrefix="thread-exec-"
maxThreads="200"
minSpareThreads="100"
maxIdleTime="60000"
maxQueueSize="Integer.MAX_VALUE"
prestartminSpareThreads="false"
threadPriority="5"
className="org.apache.catalina.core.StandardThreadExecutor"/>

Connector标签

默认情况下,server.xml配置了两个链接器,一个支持HTTP协议,一个支持AJP协议。大多数情况下,我们不需要新增链接器配置,只需要对已有的链接器进行优化

<!--
port:
端⼝号,Connector ⽤于创建服务端Socket 并进⾏监听, 以等待客户端请求链接。如果该属性设置
为0, Tomcat将会随机选择⼀个可⽤的端⼝号给当前Connector 使⽤
protocol:
当前Connector ⽀持的访问协议。 默认为 HTTP/1.1 , 并采⽤⾃动切换机制选择⼀个基于 JAVA
NIO 的链接器或者基于本地APR的链接器(根据本地是否含有Tomcat的本地库判定)
connectionTimeOut:
Connector 接收链接后的等待超时时间, 单位为 毫秒。 -1 表示不超时。
redirectPort:
当前Connector 不⽀持SSL请求, 接收到了⼀个请求, 并且也符合security-constraint 约束,
需要SSL传输,Catalina⾃动将请求重定向到指定的端⼝。
executor:
指定共享线程池的名称, 也可以通过maxThreads、minSpareThreads 等属性配置内部线程池。
URIEncoding:
⽤于指定编码URI的字符编码, Tomcat8.x版本默认的编码为 UTF-8 , Tomcat7.x版本默认为ISO-
8859-1
-->
<!--org.apache.coyote.http11.Http11NioProtocol , ⾮阻塞式 Java NIO 链接器-->
<Connector port="8080" protocol="HTTP/1.1" connectionTimeout="20000"
redirectPort="8443" />
<Connector port="8009" protocol="AJP/1.3" redirectPort="8443" />

可以使用共享线程池

<Connector port="8080"
protocol="HTTP/1.1"
executor="commonThreadPool"
maxThreads="1000"
minSpareThreads="100"
acceptCount="1000"
maxConnections="1000"
connectionTimeout="20000"
compression="on"
compressionMinSize="2048"
disableUploadTimeout="true"
redirectPort="8443"
URIEncoding="UTF-8" />

Engine 标签

Engine表示Servlet引擎

<!--
name: ⽤于指定Engine 的名称, 默认为Catalina
defaultHost:默认使⽤的虚拟主机名称, 当客户端请求指向的主机⽆效时, 将交由默认的虚拟主机处
理, 默认为localhost
-->
<Engine name="Catalina" defaultHost="localhost">
...
</Engine>

Host标签

<Host name="localhost" appBase="webapps" unpackWARs="true" autoDeploy="true">
...
</Host>

可以配置多个host访问不同的目录

<Host name="www.aaa.com"  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 &quot;%r&quot; %s %b" />

      </Host>
      <Host name="www.bbb.com"  appBase="webapps2"
            unpackWARs="true" autoDeploy="true">

        <Valve className="org.apache.catalina.valves.AccessLogValve" directory="logs"
               prefix="localhost_access_log" suffix=".txt"
               pattern="%h %l %u %t &quot;%r&quot; %s %b" />

      </Host>

Context 标签

不配做Context的时候,appBase配置的目录下的所有项目包都会被访问,如想访问appBase配置的目录下的ROOT2,只需要localhost:8080/ROOT2

<Host name="www.abc.com" appBase="webapps" unpackWARs="true"
autoDeploy="true">
<!--
docBase:Web应⽤⽬录或者War包的部署路径。可以是绝对路径,也可以是相对于 Host appBase的
相对路径。
path:Web应⽤的Context 路径。如果我们Host名为localhost, 则该web应⽤访问的根路径为:
http://localhost:8080/rt。
-->
<Context docBase="D:\apache-tomcat-8.5.32\ROOT" path="rt"/>
<Valve className="org.apache.catalina.valves.AccessLogValve"
directory="logs"
prefix="localhost_access_log" suffix=".txt"
pattern="%h %l %u %t &quot;%r&quot; %s %b" />
</Host>

推荐文章