Java进阶教程Tomcat核心原理解析
2024-05-24 16:17:30 0 举报AI智能生成
Java进阶教程Tomcat核心原理解析
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
ip
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
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
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 。
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 BIO 8.5版本起，tomcat移除了BIO支持
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
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
- 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）
- 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
- Adapter适配器（适配器模式）：将request对象转化为servletRequest对象
容器/Catalina
Catalina结构(容器结构)
- 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。
- 一个service包含多个连接器及一个servlet容器
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 ： 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
-------------------------
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 线上配置
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
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
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。
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
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。
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
- port : Tomcat 监听的关闭服务器的端口。
- shutdown： 关闭服务器的指令字符串。
- Server内嵌的子元素为 Listener、GlobalNamingResources、Service。
Listener：默认配置的5个Listener 的含义
GlobalNamingResources
- Service：该元素用于创建 Service 实例，默认用org.apache.catalina.core.StandardService。
- 默认情况下，Tomcat 仅指定了Service 的名称， 值为 “Catalina”。
- Service 可以内嵌的 元素为 ： Listener、Executor、Connector、Engine
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
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。
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。
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。
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
-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
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
0 条评论
下一页
