Tomcat系统架构与原理

• 1、Tomcat系统架构
• • 1.1、浏览器访问服务器的流程
  • 1.2、Tomcat系统总体架构
  • • 1.2.1、Tomcat 请求处理⼤致过程
    • 1.2.2、Tomcat Servlet容器处理流程
    • 1.2.3、Tomcat 系统总体架构
  • 1.3 Tomcat 连接器组件 Coyote
  • • 1.3.1 Coyote简介
  • 1.4、Tomcat Servlet 容器 Catalina
  • • 1.4.1、Tomcat 模块分层结构图
    • 1.4.2、Servlet 容器 Catalina 的结构
    • 1.4.3、Container 组件的具体结构
• 2、Tomcat核心流程
• • 2.1、Tomcat启动流程
  • 2.2、Tomcat请求处理流程
• 3、Tomcat 类加载机制
• 4、Tomcat对Https的支持

1、Tomcat系统架构

1.1、浏览器访问服务器的流程

HTTP请求处理的过程：

1.2、Tomcat系统总体架构

1.2.1、Tomcat 请求处理⼤致过程

Tomcat是⼀个Http服务器（能够接收并且处理http请求，所以tomcat是⼀个http服务器）

HTTP 服务器接收到请求之后把请求交给Servlet容器来处理， Servlet 容器通过Servlet接⼝调⽤业务类。 Servlet接⼝和Servlet容器这⼀整套内容叫作Servlet规范。
Tomcat既按照Servlet规范的要求去实现了Servlet容器，同时它也具有HTTP服务器的功能。

Tomcat的两个重要身份：

• http服务器
• Tomcat是⼀个Servlet容器

1.2.2、Tomcat Servlet容器处理流程

当⽤户请求某个URL资源时

• HTTP服务器会把请求信息使⽤ServletRequest对象封装起来
• 进⼀步去调⽤Servlet容器中某个具体的Servlet
• Servlet容器拿到请求后，根据URL和Servlet的映射关系，找到相应的Servlet
• 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
• 接着调⽤这个具体Servlet的service⽅法来处理请求，请求处理结果使⽤ServletResponse对象封装
• 把ServletResponse对象返回给HTTP服务器， HTTP服务器会把响应发送给客户端
  

1.2.3、Tomcat 系统总体架构

tomcat有两个⾮常重要的功能需要完成

• 和客户端浏览器进⾏交互，进⾏socket通信，将字节流和Request/Response等对象进⾏转换
• Servlet容器处理业务逻辑

Tomcat 设计了两个核⼼组件连接器（Connector） 和容器（Container） 来完成 Tomcat 的两⼤核⼼功能。
连接器：负责对外交流，处理Socket连接，负责⽹络字节流与Request和Response对象的转化；
容器：负责内部处理， 加载和管理Servlet，以及具体处理Request请求；

1.3 Tomcat 连接器组件 Coyote

1.3.1 Coyote简介

Coyote 是Tomcat 中连接器的组件名称 , 是对外的接⼝。客户端通过Coyote与服务器建⽴连接、发送请求并接受响应 。
（1） Coyote 封装了底层的⽹络通信（Socket 请求及响应处理）
（2） Coyote 使Catalina 容器（容器组件）与具体的请求协议及IO操作⽅式完全解耦
（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
（4） Coyote 负责的是具体协议（应⽤层）和IO（传输层）相关内容

Tomcat Coyote ⽀持的 IO模型与协议
Tomcat⽀持多种应⽤层协议和I/O模型，如下：

在 8.0 之前 ， Tomcat 默认采⽤的I/O⽅式为 BIO，之后改为 NIO。 ⽆论 NIO、 NIO2 还是 APR， 在性能⽅⾯均优于以往的BIO。 如果采⽤APR， 甚⾄可以达到 Apache HTTP Server 的影响性能。

1.4、Tomcat Servlet 容器 Catalina

1.4.1、Tomcat 模块分层结构图

Tomcat是⼀个由⼀系列可配置（conf/server.xml）的组件构成的Web容器，⽽Catalina是Tomcat的servlet容器。
从另⼀个⻆度来说， Tomcat 本质上就是⼀款 Servlet 容器， 因为 Catalina 才是 Tomcat 的核⼼ ， 其他模块都是为Catalina 提供⽀撑的。 ⽐如 ： 通过 Coyote 模块提供链接通信， Jasper 模块提供 JSP 引擎， Naming 提供JNDI 服务， Juli 提供⽇志服务。

1.4.2、Servlet 容器 Catalina 的结构

我们往往有⼀个认识， Tomcat就是⼀个Catalina的实例，因为Catalina是Tomcat的核⼼。
Tomcat/Catalina实例：

• Catalina
  负责解析Tomcat的配置⽂件（server.xml） , 以此来创建服务器Server组件并进⾏管理
• Server
  服务器表示整个Catalina Servlet容器以及其它组件，负责组装并启动Servlaet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
• 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

1.4.3、Container 组件的具体结构

Container组件下有⼏种具体的组件，分别是Engine、 Host、 Context和Wrapper。这4种组件（容器）
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。

• 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

上述组件的配置其实就体现在conf/server.xml中。

2、Tomcat核心流程

2.1、Tomcat启动流程

2.2、Tomcat请求处理流程

3、Tomcat 类加载机制

在JVM类加载机制中，类的的加载是严格遵循着双亲委派机制的，但由于Tomcat服务器中可以有多个不同的应用，往往这些应用可能存在引用了不同版本的第三方jar，若按照JVM类加载机制来进行加载的话，那么就会存在不同的应用会使用不同版本jar第一次加载的类，导致程序出错。为处理这一问题，Tomcat并没有严格按照JVM类加载机制进行加载。
Tomcat的类加载机制如下：

• 引导类加载器 和 扩展类加载器 的作⽤不变
• 系统类加载器正常情况下加载的是 CLASSPATH 下的类，但是 Tomcat 的启动脚本并未使⽤该变量，⽽是加载tomcat启动的类，⽐如bootstrap.jar，通常在catalina.bat或者catalina.sh中指定。位于CATALINA_HOME/bin下
• Common 通⽤类加载器加载Tomcat使⽤以及应⽤通⽤的⼀些类，位于CATALINA_HOME/lib下，⽐如servlet-api.jar
• Catalina ClassLoader ⽤于加载服务器内部可⻅类，这些类应⽤程序不能访问
• Shared ClassLoader ⽤于加载应⽤程序共享类，这些类服务器不会依赖
• Webapp ClassLoader，每个应⽤程序都会有⼀个独⼀⽆⼆的Webapp ClassLoader，他⽤来加载本应⽤程序 /WEB-INF/classes 和 /WEB-INF/lib 下的类。
  tomcat 8.5 默认改变了严格的双亲委派机制
  • ⾸先从 Bootstrap Classloader加载指定的类
  • 如果未加载到，则从 /WEB-INF/classes加载
  • 如果未加载到，则从 /WEB-INF/lib/*.jar 加载如果未加载到，则依次从 System、 Common、 Shared 加载（在这最后⼀步遵从双亲委派机制）

4、Tomcat对Https的支持

• 在conf/server.xml中添加如下配置：

<Connector port="8443" protocol="org.apache.coyote.http11.Http11NioProtocol" maxThreads="150" schema="https" secure="true" SSLEnabled="true">
	<SSLHostConfig>
		<Certificate 
		certificateKeystoreFile="/test.keystore" 
		certificateKeystorePassword="test123" type="RSA"/>
	</SSLHostConfig>
</Connector>

• 使⽤https协议访问8443端⼝（https://localhost:8443）