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Tomcat 系统架构与原理剖析

一、浏览器访问服务器流程

注意：浏览器访问服务器使⽤的是Http协议，Http是应⽤层协议，⽤于定义数据通信的格式，具体的数据传输使⽤的是TCP/IP协议

二、tomcat系统总体架构

  • 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 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ServletRequest对象封装起来

    2）进⼀步去调⽤Servlet容器中某个具体的Servlet

    3）在 2）中，Servlet容器拿到请求后，根据URL和Servlet的映射关系，找到相应的Servlet

    4）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

    5）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

    6）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

  • Tomcat 系统总体架构

    通过上⾯的讲解，我们发现tomcat有两个⾮常重要的功能需要完成

    1）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

    2）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；

三、Tomcat 连接器组件 Coyote

  • Coyote

    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

    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。

  • Coyote 的内部组件及流程

    

    组件 作用及描述
    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

四、Tomcat Servlet容器 Catalina

  • Tomcat 模块分层结构图及Catalina位置

    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。

  • Servlet 容器 Catalina 的结构

    Tomcat（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）

    其实，可以认为整个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。

    • ⼀个Catalina实例（容器）

      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

    • ⼀个 Server实例（容器）

      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

    • 多个Service实例（容器）

      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

    • 每⼀个Service实例下可以有多个Connector实例和⼀个Container实例

      器，负责处理⽤户的servlet请求，并返回对象给web⽤户的模块

  • 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
    • 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
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