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Java进阶教程Tomcat核心原理解析

2024-05-24 16:17:30   0  举报

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AI智能生成

tomcat

java

模版推荐

作者其他创作

大纲/内容

基本概念

软件架构

B/S

C/S

资源分类

静态资源

动态资源

网络通信三要素

传输协议

端口

服务器概念

服务器

服务器软件

web服务器软件

常见web服务器软件

webLogic 收费

webSphere 收费

JBOSS 收费

Tomcat 开源&免费

tomcat软件安装

下载->解压

tomcat目录

bin 执行文件

startup.sh 启动（前置条件：jdk已经安装）

shutdown.sh 关闭tomcat（或者直接kill进程）

conf 存放tomcat的相关配置文件

logging.properties 日志配置文件

server.xml   tomcat服务器核心配置信息，包括端口号等

tomcat-user.xml  tomcat用户及角色信息配置

web.xml tomcat中所有应用默认的部署描述文件，主要定义基础的selvet和mine映射

Cataline  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应用制定了自己的context.xml，则该文件被覆盖

catalina.properties  Tomcat的环境变量配置

catalina.policy tomcat运行的安全策略配置

lib tomcat依赖的jar包

logs 默认日志存放目录

webapps tomcat默认的web应用部署目录

work  应用jsp代码生成和编码的临时目录

tomcat源码的下载、部署、运行

https://mp.csdn.net/mp_blog/creation/success/139168049

Tomcat架构

http工作原理

servlet容器工作流程

1、为了http服务器与业务的解耦，在http服务器与业务中间添加servlet容器，这样servlet容器负责解耦http请求，并将请求转发至具体的业务类 2、业务类都必须实现servlet接口，这个是serlvet的规范

tomcat整体架构

重点：连接器、容器 一个应用服务器里面，必须存在连接器及容器才能对外提供服务，一个容器可以对应多个连接器

连接器：处理Socket连接，负责网络字节流与Request和Response对象的转化

Coyote

Coyote 是Tomcat的连接器框架的名称 , 是Tomcat服务器提供的供客户端访问的外部接口。客户端通过Coyote与服务器建立连接、发送请求并接受响应。 Coyote 封装了底层的网络通信（Socket 请求及响应处理），为Catalina 容器提供了统一的接口，使Catalina 容器与具体的请求协议及IO操作方式完全解耦。 Coyote 将Socket 输入转换封装为 Request 对象，交由Catalina 容器进行处理，处理请求完成后, Catalina 通过Coyote 提供的Response 对象将结果写入输出流。 Coyote 作为独立的模块，只负责具体协议和IO的相关操作，与Servlet 规范实现没有直接关系，因此即便是 Request 和 Response 对象也并未实现Servlet规范对应的接口，而是在Catalina 中将他们进一步封装为ServletRequest 和 ServletResponse 。

容器：加载和管理Servlet，以及具体处理Request请求

tomcat支持的I/O模型

NIO（默认采用的I/O模型）：非阻塞I/O，采用java NIO类库实现 

NIO2：异步I/O,采用jdk7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，如果选择该方案，需要安装独立的APR库

<strike>BIO 8.5版本起，tomcat移除了BIO支持</strike>

tomcat支持的应用层协议

HTTP/1.1

AJP

HTTP/2

tomcat模块分层图

连接器组件

<ul><li>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。（用来实现TCP/IP协议的，处理用户的socket请求）</li><li>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</li><li>Adapter适配器（适配器模式）：将request对象转化为servletRequest对象</li></ul>

容器/Catalina

Catalina结构(容器结构) <ul><li>Catalina负责管理Server，而Server表示着整个服务器。Server下面有多个服务Service，每个服务都包含着多个连接器组件Connector（Coyote 实现）和一个容器组件Container。在Tomcat 启动的时候，会初始化一个Catalina的实例。</li><li>一个service包含多个连接器及一个servlet容器</li></ul>

组件    职责 --------------------------------------- Catalina     ：负责解析Tomcat的配置文件，以此来创建服务器Server组件，并根据命令来对其进行管理 Server        ：服务器表示整个CatalinaServlet容器以及其它组件，负责组装并启动Servlet引擎，Tomcat连接器。Server通过实现Lifecycle接口，提供了一种优雅的启动和关闭整个系统的方式 Service      ：服务是Server内部的组件，一个Server包含多个Service。它将若干个Connector组件绑定到一个Container（Engine）上 Connector  ：连接器，处理与客户端的通信，它负责接收客户请求，然后转给相关的容器处理，最后向客户返回响应结果 Container   ：容器，负责处理用户的servlet请求，并返回对象给web用户的模块

Catalina结构

容器  描述 ------------------------- 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

server.xml配置结构

tomcat启动流程

步骤 : 1）启动tomcat ，需要调用 bin/startup.bat (在linux 目录下 , 需要调用 bin/startup.sh) ，在startup.bat 脚本中, 调用了catalina.bat。 2）在catalina.bat 脚本文件中，调用了BootStrap 中的main方法。 3）在BootStrap 的main 方法中调用了 init 方法，来创建Catalina 及初始化类加载器。 4）在BootStrap 的main 方法中调用了 load 方法，在其中又调用了Catalina的load方法。 5）在Catalina 的load 方法中 , 需要进行一些初始化的工作, 并需要构造Digester 对象, 用于解析 XML。 6）然后在调用后续组件的初始化操作。。。加载Tomcat的配置文件，初始化容器组件，监听对应的端口号，准备接受客户端请求

Lifecycle接口及实现类

由于所有的组件均存在初始化、启动、停止等生命周期方法，拥有生命周期管理的特性，所以Tomcat在设计的时候，基于生命周期管理抽象成了一个接口 Lifecycle ，而组件 Server、Service、Container、Executor、Connector 组件，都实现了一个生命周期的接口，从而具有了以下生命周期中的核心方法： 1） init（）：初始化组件 2） start（）：启动组件 3） stop（）：停止组件 4） destroy（）：销毁组件

默认实现 上面我们提到的Server、Service、Engine、Host、Context都是接口，上图中罗列了这些接口的默认实现类。当前对于 Endpoint组件来说，在Tomcat中没有对应的Endpoint 接口，但是有一个抽象类 AbstractEndpoint ，其下有三个实现类： NioEndpoint、 Nio2Endpoint、AprEndpoint ，这三个实现类，分别对应于前面讲解链接器 Coyote 时，提到的链接器支持的三种IO模型：NIO，NIO2，APR ， Tomcat8.5版本中，默认采用的是 NioEndpoint。

Tomcat请求处理流程

请求流程 Tomcat是用Mapper组件来完成这个任务的。 Mapper组件的功能就是将用户请求的URL定位到一个Servlet，它的工作原理是： Mapper组件里保存了Web应用的配置信息，其实就是容器组件与访问路径的映射关系，比如Host容器里配置的域名、Context容器里的Web应用路径，以及Wrapper容器里 Servlet映射的路径，你可以想象这些配置信息就是一个多层次的Map。 一个请求URL最后只会定位到一个 Wrapper容器，也就是一个Servlet

步骤如下: 1) Connector组件Endpoint中的Acceptor监听客户端套接字连接并接收Socket。 2) 将连接交给线程池Executor处理，开始执行请求响应任务。 3) Processor组件读取消息报文，解析请求行、请求体、请求头，封装成Request对象。 4) 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。 5) CoyoteAdaptor组件负责将Connector组件和Engine容器关联起来，把生成的 Request对象和响应对象Response传递到Engine容器中，调用Pipeline。 6) 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。 7) Host容器的管道开始处理，流程类似，最后执行 Context容器的Pipeline。 8) Context容器的管道开始处理，流程类似，最后执行 Wrapper容器的Pipeline。 9) Wrapper容器的管道开始处理，流程类似，最后执行 Wrapper容器对应的Servlet对象的处理方法。

Tomcat服务器配置

server.xml

<ol><li>port : Tomcat 监听的关闭服务器的端口。</li><li>shutdown：关闭服务器的指令字符串。</li><li>Server内嵌的子元素为 Listener、GlobalNamingResources、Service。</li></ol>

Listener：默认配置的5个Listener 的含义

GlobalNamingResources

<ol><li>Service：该元素用于创建 Service 实例，默认用org.apache.catalina.core.StandardService。 </li><li>默认情况下，Tomcat 仅指定了Service 的名称，值为 “Catalina”。</li><li>Service 可以内嵌的元素为： Listener、Executor、Connector、Engine</li></ol>

Executor：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，如上

Connector：Connector 用于创建链接器实例。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。因此大多数情况下，我们并不需要新增链接器配置，只是根据需要对已有链接器进行优化。 1） 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。 2） 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）。 3） 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。 4） 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。 5） 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。 6） 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

Engine：作为Servlet 引擎的顶级元素，内部可以嵌入： Cluster、Listener、Realm、 Valve和Host 属性说明： 1） name：用于指定Engine 的名称，默认为Catalina 。该名称会影响一部分Tomcat的存储路径（如临时文件）。 2） 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。

Host：用于配置一个虚拟主机，它支持以下嵌入元素：Alias、Cluster、Listener、 Valve、Realm、Context 属性说明： 1） name: 当前Host通用的网络名称，必须与DNS服务器上的注册信息一致。 Engine中包含的Host必须存在一个名称与Engine的defaultHost设置一致。 2） appBase：当前Host的应用基础目录，当前Host上部署的Web应用均在该目录下（可以是绝对目录，相对路径）。默认为webapps。 3） unpackWARs：设置为true， Host在启动时会将appBase目录下war包解压为目录。设置为false， Host将直接从war文件启动。 4） autoDeploy：控制tomcat是否在运行时定期检测并自动部署新增或变更的web应用。

通过给Host添加别名，我们可以实现同一个Host拥有多个网络名称

配置2个域名

Context：用于配置一个Web应用 可以直接在浏览器中访问文本文件 1） 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。 2） 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/myApp。它支持的内嵌元素为：CookieProcessor， Loader， Manager，Realm，Resources， WatchedResource，JarScanner，Valve。

子主题

tomcat-user.xml

Web应用配置

ServletContext 初始化参数

会话配置：session

Servlet配置

Listener配置：监听器

Filter配置：过滤器

欢迎页面配置

错误页面配置

Tomcat管理

JVM配置

-Xms: 初始堆大小 -Xmx: 最大堆大小 -Xmn: 年轻代大小 -XX:+PrintGCDetails 打印gc日志详情 -XX:SurvivorRatio=8 eden与survivor的比例，当为8的时候，eden占年轻代的80%，survivor区总的占20%，但survivor区要再分成两个survivor，所以，survivor大小为10% -XX:MinHeapFreeRatio=minimum 堆中最小空闲大小的比例 -XX:MaxHeapFreeRatio=maximum 堆中最大空闲大小的比例 -XX:NewRatio=ratio 年轻代与老年代的比例关系，但要注意的是，默认情况下为2，即老年代占2/3，年轻代占1/3 -XX:NewSize=size 新生代最小值 -XX:MaxNewSize=size 新生代最大值 -XX:+AggressiveHeap

Tomcat安全

配置安全

1）删除webapps目录下的所有文件，禁用tomcat管理界面； 2）注释或删除tomcat-users.xml文件内的所有用户权限 3）更改关闭tomcat指令或禁用； tomcat的server.xml中定义了可以直接关闭 Tomcat 实例的管理端口（默认8005）。可以通过 telnet 连接上该端口之后，输入 SHUTDOWN （此为默认关闭指令）即可关闭 Tomcat 实例（注意，此时虽然实例关闭了，但是进程还是存在的）。由于默认关闭 Tomcat 的端口和指令都很简单。默认端口为8005，指令为SHUTDOWN 。 4）定义错误页面在webapps/ROOT目录下定义错误页面 404.html，500.html；然后在tomcat/conf/web.xml中进行配置

应用安全

传输安全：https