Tomcat架构

Tomcat历史

Tomcat最初有sun公司的架构师James Duncan Davidson开发，名称“JavaWebServer” 1999与Apache软件基金会旗下的JServ项目合并，也就是Tomcat。2001 tomcat4.0 里程碑式的版本。完全重新设计了其架构，并实现了Servlet2.3和JSP 1.2规范。到目前，Tomcat已经成为成熟的Servlet容器产品，并作为 JBoss等应用的服务器的内嵌Servlet容器。

总体结构（结构演变理解）

1、最简单的结构

Server
接受请求并解析，完成相关任务，返回处理结果通常情况下使用Socket监听服务器指定端口来实现该功能，一个最简单的服务设计如下方法：

• Start()：启动服务器，打开socket连接，监听服务端口，接受客户端请求、处理、返回响应
• Stop()：关闭服务器，释放资源
  缺点：请求监听和请求处理放一起扩展性很差（协议的切换 tomcat独立部署使用HTTP协议，与Apache集成时使用AJP协议）

改进：网络协议与请求处理分离

2、Connector和Container

一个Server包含多个Connector（链接器）和Container（容器）

Connector：开启Socket并监听客户端请求，返回响应数据；Container：负责具体的请求处。

缺点：Connector接受的请求由那个Container处理，需要建立映射规则

改进：一个Server可以包含多个Service，每一个Service都是独立的，他们共享一个JVM以及系统类库。

3、Server包含多个Service

一个Service负责维护多个Connector和一个Container，这样来自Connector的请求只能有它所属的Service维护的Container处理。

在这里Container是一个通用的概念，为了明确功能，并与Tomcat中的组件名称相同，可以将Container命名为Engineer

4、Engine、Context

在Engine容器中需要支持管理WEB应用，当接收到Connector的处理请求时，Engine容器能够找到一个合适的Web应用来处理，因此在上面设计的基础上增加Context来表示一个WEB应用，并且一个Engine可以包含多个Context。

缺点：应用服务器需要将每个域名抽象为一个虚拟主机，

5、Host、Wrapper

通常在一个主机下，提供多个域名的服务，因此引入Host

在一个web应用中，可以包含多个Servlet实例来处理来自不同的链接请求，因此我们还需要一个组件概念来表示Servlet定义，即Wrapper。

在前面的Container容器中，Engine、Host、Context、Wrapper是一类组件，这类组件的作用就是处理接收客户端的请求并且返回响应数据，并且有可能请求到Engine容器，Engine容器委托给子容器Host处理。

使用Container代表容器，Engine、Host、Context、Wrapper都是Container的子容器，Container可以维护子容器。backgroundProcess()方法针对后台处理，并且其基础抽象类(ContainerBase)确保在启动组件的同时，异步启动后台处理。

容器之间的组合关系是一种弱依赖，用虚线表示。

每一个组件都有启动、停止等生命周期方法，拥有生命周期的特征。所以定义一个通用的LifeCycle接口，

架构

连接器Connector

监听服务器端口，读取来自客户端的请求
使用指定的协议解析请求数据
根据请求地址匹配正确的容器解析处理
讲响应返回给客户端

连接器需要完成 3 个高内聚的功能：

• 网络通信。
• 应用层协议解析。
• Tomcat Request/Response 与 ServletRequest/ServletResponse 的转化。

因此 Tomcat 的设计者设计了 3 个组件来实现这 3 个功能，分别是 EndPoint、Processor 和 Adapter。

Endpoint 和 Processor 放在一起抽象成了 ProtocolHandler 组件，连接器用 ProtocolHandler 来处理网络连接和应用层协议。

EndPoint 是一个接口，它的抽象实现类 AbstractEndpoint 里面定义了两个内部类：Acceptor 和 SocketProcessor。其中 Acceptor 用于监听 Socket 连接请求。SocketProcessor 用于处理接收到的 Socket 请求。

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。

容器

Tomcat 设计了 4 种容器，分别是 Engine、Host、Context 和 Wrapper。这 4 种容器不是平行关系，而是父子关系。

Context 表示一个 Web 应用程序；Wrapper 表示一个 Servlet，一个 Web 应用程序中可能会有多个 Servlet；Host 代表的是一个虚拟主机，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以部署多个 Web 应用程序；Engine 表示引擎，用来管理多个虚拟站点，一个 Service 最多只能有一个 Engine。

请求定位 Servlet 的过程：Tomcat 会创建一个 Service 组件和一个 Engine 容器组件，在 Engine 容器下创建两个 Host 子容器，在每个 Host 容器下创建两个 Context 子容器。由于一个 Web 应用通常有多个 Servlet，Tomcat 还会在每个 Context 容器里创建多个 Wrapper 子容器。

一个请求在 Tomcat 中流转的过程：

startup.sh 启动 tomcat 的过程：

Coyote

CyoOt是Tomcat的一个连接器组件，支持ajp、http1.1、spdy三种协议。

1、http

默认情况下，HTTP连接器使用Tomcat进行安装，并准备使用。该连接器具有最低的等待时间和最佳的整体性能。
对于集群，必须安装支持Web会话粘性的HTTP负载平衡器，以将流量引导到Tomcat服务器。Tomcat支持Adache HTTP Server 2 .x上的MODJOXER代理，并在默认情况下包含在Apache HTTP服务器2.2中作为负载均衡器。应该注意的是，HTTP代理的性能通常低于AJP的性能，所以AJP聚类通常是优选的。

2、ajp

当使用单个服务器时，在Tomcat实例前面使用 native webserver时的性能大部分时间都比具有默认HTTP连接器的独立Tomcat更差，即使Web应用程序的很大一部分是由静态文件构成的。如果出于任何原因需要与本机WebServer集成，AJP连接器将提供比代理HTTP更快的性能。从Tomcat的角度来看，AJP聚类是最有效的。它在功能上等同于HTTP集群。

Jasper

Tomcat的JSP引擎。解析JSP文件编译成java代码的servlet（可以处理卡特琳娜）。在运行时，Jasper检测到对JSP文件的更改并重新编译它们。

Pipeline和Value

对于应用服务器来说，增强各组件的扩展性以及灵活性是非常重要的，Tomcat采用职责链模式来实现每个Container组件处理请求的功能。

Pipeline代表职责链，后者表示阀门，具体的处理过程，每条线路上包含哪些操作，操作按照顺序一个个执行。Tomcat通过这种方式来决定每个容器的执行过程。

每一个容器都有一个 Pipeline 对象。

Tomcat监听客户端的请求，获得请求后交个各个组件去处理，返回响应数据到客户端，并且Tomcat能支持HTTP、AJP等协议。并且在扩展性、可用性上有着非常优秀的设计。

启动流程

tomcat的启动流程很标准化，入口是BootStrap，统一按照生命周期管理接口Lifecycle的定义进行启动。首先，调用init()方法逐级初始化，接着调用start()方法进行启动，同时，每次调用伴随着生命周期状态变更事件的触发。

请求流程

如果请求为：http://localhost:8080/index.jsp

1. 请求被发送到本机端口8080，被在那里侦听的Coyote HTTP/1.1 Connector连接器组件获得
2. Connector把该请求交给它所在的Service的Engine来处理，并等待Engine的回应
3. Engine获得请求localhost:8080/index.jsp，匹配它所有虚拟主机Host
4. Engine匹配到名为localhost的Host（即使匹配不到也把请求交给该Host处理，因为该Host被定义为该Engine的默认主机）
5. localhost Host获得请求/index.jsp，匹配它所拥有的所有Context
6. Host匹配到路径为/的Context，path=”/“的Context获得请求/index.jsp，在它的mapping table中寻找对应的servlet
7. Context匹配到URL PATTERN为*.jsp的servlet，对应于JspServlet类
8. 构造HttpServletRequest对象和HttpServletResponse对象，作为参数调用JspServlet的doGet或doPost方法
9. Context把执行完了之后的HttpServletResponse对象返回给Host
10. Host把HttpServletResponse对象返回给Engine
11. Engine把HttpServletResponse对象返回给Connector
12. Connector把HttpServletResponse对象返回给客户browser

    类加载机制

    tomcat自定义了三种类加载器。commonLoader、catalinaLoader、sharedLoader。

• commonLoader：Tomcat最基本的类加载器，加载路径中的class可以被Tomcat容器本身以及各个Webapp访问；
• catalinaLoader：Tomcat容器私有的类加载器，加载路径中的class对于Webapp不可见；
• sharedLoader：各个Webapp共享的类加载器，加载路径中的class对于所有Webapp可见，但是对于Tomcat容器不可见；
• WebappClassLoader：各个Webapp私有的类加载器，加载路径中的class只对当前Webapp可见；

jvm加载器加载机制是双亲委派模型，tomcat 为了实现隔离性，没有遵守这个约定，每个webappClassLoader加载自己的目录下的class文件，不会传递给父类加载器。

Tomcat8 和 Tomcat6比较大的区别是 ：Tomcat8可以通过配置 不打破双亲委托 ，类的加载顺序略不同

总结

Server:代表整个Servlet容器
Service：代表Connector集合、Container容器。多个Connector对应一个Container
Container：通用的容器。
Connector：链接器
Engine：Servlet引擎
Host：主机映射
Context：webAPP
Wrapper：代表Servlet
Executor：线程池

以上的配置在Server.xml文件中