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為什么Tomcat架構要這么設計？這篇文章告訴你答案！

2023-03-21 21:03:08 後端開發

Tomcat體系架構

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Tomcat專案結構

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bin目錄

bin目錄主要是用來存放tomcat的命令，主要有兩大類，一類是以.sh結尾的（linux命令），另一類是以.bat結尾的（windows命令），

很多環境變數的設定都在此處，例如可以設定JDK路徑、tomcat路徑

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  • startup檔案：主要是檢查catalina.bat/sh 執行所需環境，并呼叫catalina.bat 批處理檔案，啟動tomcat，
  • catalina檔案：真正啟動Tomcat檔案，可以在里面設定jvm引數，后面性能調優會重點講
  • shutdown檔案：關閉Tomcat
  • 腳本version.sh、startup.sh、shutdown.sh、configtest.sh都是對catalina.sh的包裝，內容大同小異，差異在于功能介紹和呼叫catalina.sh時的引數不同，
  • Version：查看當前tomcat的版本號，
  • Configtest：校驗tomcat組態檔server.xml的格式、內容等是否合法、正確，
  • Service：安裝tomcat服務，可用net start tomcat 啟動

conf目錄

conf目錄主要是用來存放tomcat的一些組態檔，

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  • server.xml：可以設定埠號、設定域名或IP、默認加載的專案、請求編碼
  • web.xml：可以設定tomcat支持的檔案型別
  • context.xml：可以用來配置資料源之類的
  • tomcat-users.xml：用來配置管理tomcat的用戶與權限
  • 在Catalina目錄下可以設定默認加載的專案
server.xml
COPY<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?>

<!-- Server代表一個 Tomcat 實體，可以包含一個或多個 Services，其中每個Service都有自己的Engines和Connectors，
       port="8005"指定一個埠，這個埠負責監聽關閉tomcat的請求
  -->
<Server port="8005" shutdown="SHUTDOWN">
<!-- 監聽器 -->
<Listener className="org.apache.catalina.startup.VersionLoggerListener" />
<Listener className="org.apache.catalina.core.AprLifecycleListener" SSLEngine="on" />
<Listener className="org.apache.catalina.core.JreMemoryLeakPreventionListener" />
<Listener className="org.apache.catalina.mbeans.GlobalResourcesLifecycleListener" />
<Listener className="org.apache.catalina.core.ThreadLocalLeakPreventionListener" />
<!-- 全域命名資源，定義了UserDatabase的一個JNDI(java命名和目錄介面)，通過pathname的檔案得到一個用戶授權的記憶體資料庫 -->
<GlobalNamingResources>
<Resource name="UserDatabase" auth="Container"
               type="org.apache.catalina.UserDatabase"
               description="User database that can be updated and saved"
               factory="org.apache.catalina.users.MemoryUserDatabaseFactory"
               pathname="conf/tomcat-users.xml" />
</GlobalNamingResources>
<!-- Service它包含一個<Engine>元素,以及一個或多個<Connector>,這些Connector元素共享用同一個Engine元素 -->
<Service name="Catalina">
<!-- 
         每個Service可以有一個或多個連接器<Connector>元素，
         第一個Connector元素定義了一個HTTP Connector,它通過8080埠接收HTTP請求;第二個Connector元素定
         義了一個JD Connector,它通過8009埠接收由其它服務器轉發過來的請求.
     -->
<Connector port="8080" protocol="HTTP/1.1"
                connectionTimeout="20000"
                redirectPort="8443" />
<Connector port="8009" protocol="AJP/1.3" redirectPort="8443" />
<!-- 每個Service只能有一個<Engine>元素 -->
<Engine name="Catalina" defaultHost="localhost">
<Realm className="org.apache.catalina.realm.LockOutRealm">
<Realm className="org.apache.catalina.realm.UserDatabaseRealm"
                resourceName="UserDatabase"/>
</Realm>
<!-- 默認host配置，有幾個域名就配置幾個Host，但是這種只能是同一個埠號 -->
<Host name="localhost"  appBase="webapps"
             unpackWARs="true" autoDeploy="true">
     　　<!-- Tomcat的訪問日志，默認可以關閉掉它，它會在logs檔案里生成localhost_access_log的訪問日志 -->
<Valve className="org.apache.catalina.valves.AccessLogValve" directory="logs"
                prefix="localhost_access_log" suffix=".txt"
                pattern="%h %l %u %t "%r" %s %b" />
</Host>
<Host name="www.hzg.com"  appBase="webapps"
             unpackWARs="true" autoDeploy="true">
<Context path="" docBase="/myweb1" />
<Valve className="org.apache.catalina.valves.AccessLogValve" directory="logs"
                prefix="hzg_access_log" suffix=".txt"
                pattern="%h %l %u %t "%r" %s %b" />
</Host>
</Engine>
</Service>
</Server>
patter解釋

有效的日志格式模式可以參見下面內容，如下字串，其對應的資訊由指定的回應內容取代：

  • ％a - 遠程IP地址
  • ％A - 本地IP地址
  • ％b - 發送的位元組數，不包括HTTP頭，或“ - ”如果沒有發送位元組
  • ％B - 發送的位元組數，不包括HTTP頭
  • ％h - 遠程主機名
  • ％H - 請求協議
  • ％l (小寫的L)- 遠程邏輯從identd的用戶名（總是回傳’ - ‘）
  • ％m - 請求方法
  • ％p - 本地埠
  • ％q - 查詢字串（在前面加上一個“？”如果它存在，否則是一個空字串
  • ％r - 第一行的要求
  • ％s - 回應的HTTP狀態代碼
  • ％S - 用戶會話ID
  • ％t - 日期和時間，在通用日志格式
  • ％u - 遠程用戶身份驗證
  • ％U - 請求的URL路徑
  • ％v - 本地服務器名
  • ％D - 處理請求的時間（以毫秒為單位）
web.xml

Tomcat中所有應用默認的部署描述檔案，主要定義了基礎的Servlet和MIME映射(mime-mapping 檔案型別，其實就是Tomcat處理的檔案型別),如果部署的應用中不包含Web.xml，那么Tomcat將使用此檔案初始化部署描述，反之，Tomcat會在啟動時將默認描述與定義描述配置進行合并，

加載一些tomcat內置的servlet

DefaultServlet默認的,加載靜態檔案 html,js,jpg等靜態檔案，

JspServlet專門處理jsp，

context.xml

用于自定義所有Web應用均需要加載的Context配置，如果Web應用指定了自己的context.xml，那么該檔案的配置將被覆寫，

context.xml與server.xml中配置context的區別

server.xml是不可動態重加載的資源，服務器一旦啟動了以后，要修改這個檔案，就得重啟服務器才能重新加載，而context.xml檔案則不然，tomcat服務器會定時去掃描這個檔案，一旦發現檔案被修改（時間戳改變了），就會自動重新加載這個檔案，而不需要重啟服務器，

catalina.policy

權限相關 Permission ，Tomcat是跑在jvm上的，所以有些默認的權限

tomcat-users.xml

配置Tomcat的server的manager資訊

COPY<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?>
<tomcat-users xmlns="http://tomcat.apache.org/xml"
              xmlns:xsi="http://www.w3.org/2001/XMLSchema-instance"
              xsi:schemaLocation="http://tomcat.apache.org/xml tomcat-users.xsd"
              version="1.0">
<role rolename="manager-gui"/>
<user username="manager" password="manager" roles="manager-gui"/>
</tomcat-users>
logging.properties

設定tomcat日志

控制輸出不輸出內容到檔案，不能阻止生成檔案，阻止聲檔案可用注釋掉

lib目錄

lib目錄主要用來存放tomcat運行需要加載的jar包，

例如，像連接資料庫的jdbc的包我們可以加入到lib目錄中來，

Tomcat的類別庫，里面是一大堆jar檔案，如果需要添加Tomcat依賴的jar檔案，可以把它放到這個目錄中，當然也可以把應用依賴的jar檔案放到這個目錄中，這個目錄中的jar所有專案都可以共享之，但這樣你的應用放到其他Tomcat下時就不能再共享這個目錄下的Jar包了，所以建議只把Tomcat需要的Jar包放到這個目錄下；

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logs目錄

logs目錄用來存放tomcat在運行程序中產生的日志檔案，非常重要的是在控制臺輸出的日志，（清空不會對tomcat運行帶來影響）

這個目錄中都是日志檔案，記錄了Tomcat啟動和關閉的資訊，如果啟動Tomcat時有錯誤，那么例外也會記錄在日志檔案中

在windows環境中，控制臺的輸出日志在catalina.xxxx-xx-xx.log檔案中
? 在linux環境中，控制臺的輸出日志在catalina.out檔案中

  • localhost-xxx.log：Web應用的內部程式日志，建議保留
  • catalina-xxx.log：控制臺日志
  • host-manager.xxx.log：Tomcat管理頁面中的host-manager的操作日志，建議關閉
  • localhost_access_log_xxx.log：用戶請求Tomcat的訪問日志（這個檔案在conf/server.xml里配置），建議關閉

temp目錄

temp目錄用戶存放tomcat在運行程序中產生的臨時檔案，（清空不會對tomcat運行帶來影響）

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webapps目錄

webapps目錄用來存放應用程式，當tomcat啟動時會去加載webapps目錄下的應用程式，可以以檔案夾、war包、jar包的形式發布應用，

當然，你也可以把應用程式放置在磁盤的任意位置，在組態檔中映射好就行，

存放web專案的目錄，其中每個檔案夾都是一個專案；如果這個目錄下已經存在了目錄，那么都是tomcat自帶的，專案，其中ROOT是一個特殊的專案，在地址欄中沒有給出專案目錄時，對應的就是ROOT專案，http://localhost:8080/examples，進入示例專案，其中examples就是專案名，即檔案夾的名字，

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work目錄

work目錄用來存放tomcat在運行時的編譯后檔案，例如JSP編譯后的檔案，
清空work目錄，然后重啟tomcat，可以達到清除快取的作用，

運行時生成的檔案，最終運行的檔案都在這里，通過webapps中的專案生成的！可以把這個目錄下的內容洗掉，再次運行時會生再次生成work目錄，當客戶端用戶訪問一個JSP檔案時，Tomcat會通過JSP生成Java檔案，然后再編譯Java檔案生成class檔案，生成的java和class檔案都會存放到這個目錄下，

Tomcat組件及架構

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Server

Server是最頂級的組件，它代表Tomcat的運行實體，它掌管著整個Tomcat的生死大權；

  • 提供了監聽器機制，用于在Tomcat整個生命周期中對不同時間進行處理
  • 提供Tomcat容器全域的命名資源實作，JNDI
  • 監聽某個埠以接受SHUTDOWN命令，用于關閉Tomcat

Service

一個概念，一個Service維護多個Connector和一個Container

它由一個或者多個Connector組成，以及一個Engine，負責處理所有Connector所獲得的客戶請求，

Connector組件

聯結器：監聽轉換Socket請求，將請求交給Container處理，支持不同協議以及不同的I/O方式

TOMCAT有兩個典型的Connector，一個直接偵聽來自browser的http請求，一個偵聽來自其它WebServer的請求Coyote Http/1.1 Connector 在埠8080處偵聽來自客戶browser的http請求Coyote JK2 Connector 在埠8009處偵聽來自其它WebServer(Apache)的servlet/jsp代理請求，

Container

表示能夠執行客戶端請求并回傳回應的一類物件，其中有不同級別的容器：Engine、Host、Context、Wrapper

Engine

整個Servler引擎，最高級的容器物件

Engine下可以配置多個虛擬主機Virtual Host，每個虛擬主機都有一個域名當Engine獲得一個請求時，它把該請求匹配到某個Host上，然后把該請求交給該Host來處理Engine有一個默認虛擬主機，當請求無法匹配到任何一個Host上的時候，將交給該默認Host來處理，

Host

表示Servlet引擎中的虛擬機，主要與域名有關，一個服務器有多個域名是可以使用多個Host

代表一個Virtual Host，虛擬主機，每個虛擬主機和某個網路域名Domain Name相匹配，每個虛擬主機下都可以部署(deploy)一個或者多個Web App，每個Web App對應于一個Context，有一個Context path當Host獲得一個請求時，將把該請求匹配到某個Context上，然后把該請求交給該Context來處理匹配的方法是“最長匹配”，所以一個path==””的Context將成為該Host的默認Context所有無法和其它Context的路徑名匹配的請求都將最終和該默認Context匹配，

Context

用于表示ServletContext,一個ServletContext表示一個獨立的Web應用

一個Context對應于一個Web Application，一個WebApplication由一個或者多個Servlet組成，Context在創建的時候將根據組態檔$CATALINA_HOME/conf/web.xml和$WEBAPP_HOME/WEB-INF/web.xml載入Servlet類，當Context獲得請求時，將在自己的映射表(mapping table)中尋找相匹配的Servlet類，如果找到，則執行該類，獲得請求的回應，并回傳，

是Web應用的抽象，Web應用部署到Tomcat后運行時就會轉化成Context物件；包含了各種靜態資源、若干Servlet（Wrapper容器）以及各種其他動態資源；

  • 包含Listener組件用以在生命周期中對Context相關的事件進行監聽；
  • 包含AccessLog組件以記錄訪問日志；
  • 包含Pipeline組件用以處理請求；
  • 包含Realm組件用以提供安全權限功能；
  • 包含Loader組件用以加載Web應用的資源，保證不同Web應用之間的資源隔離；
  • 包含Manager組件用以管理Web容器的會話，包括維護會話的生成、更新和銷毀；
  • 包含NamingResource組件將Tomcat組態檔的server.xml和Web應用的context.xml資源和屬性映射到記憶體中；

Wrapper

用于表示Web應用中定義的Servlet

對應的是Servlet；包含Web應用開發常用的Servlet組件；包含ServletPool組件用以存放Servlet物件，當Web應用的Servlet實作了SingleThreadModel介面時則會再Wrapper中產生一個Servlet物件池，執行緒執行時，需先從物件池中獲取到一個Servlet物件，ServletPool組件能保證Servlet物件的執行緒安全；包含Pipeline組件用以處理請求，

我們從功能的角度將Tomcat源代碼分成5個子模塊，它們分別是：

  1. Jsper子模塊：這個子模塊負責jsp頁面的決議、jsp屬性的驗證，同時也負責將jsp頁面動態轉換為java代碼并編譯成class檔案，在Tomcat源代碼中，凡是屬于org.apache.jasper包及其子包中的源代碼都屬于這個子模塊；
  2. Servlet和Jsp規范的實作模塊：這個子模塊的源代碼屬于javax.servlet包及其子包，如我們非常熟悉的javax.servlet.Servlet介面、javax.servet.http.HttpServlet類及javax.servlet.jsp.HttpJspPage就位于這個子模塊中；
  3. Catalina子模塊：這個子模塊包含了所有以org.apache.catalina開頭的java源代碼，該子模塊的任務是規范了Tomcat的總體架構，定義了Server、Service、Host、Connector、Context、Session及Cluster等關鍵組件及這些組件的實作，這個子模塊大量運用了Composite設計模式，同時也規范了Catalina的啟動及停止等事件的執行流程，從代碼閱讀的角度看，這個子模塊應該是我們閱讀和學習的重點，
  4. Connectors子模塊：如果說上面三個子模塊實作了Tomcat應用服務器的話，那么這個子模塊就是Web服務器的實作，所謂連接器(Connector)就是一個連接客戶和應用服務器的橋梁，它接收用戶的請求，并把用戶請求包裝成標準的Http請求(包含協議名稱，請求頭Head，請求方法是Get還是Post等等)，同時，這個子模塊還按照標準的Http協議，負責給客戶端發送回應頁面，比如在請求頁面未發現時，connector就會給客戶端瀏覽器發送標準的Http 404錯誤回應頁面，
  5. Resource子模塊：這個子模塊包含一些資源檔案，如Server.xml及Web.xml組態檔，嚴格說來，這個子模塊不包含java源代碼，但是它還是Tomcat編譯運行所必需的，

Executor

Tomcat組件間可以共享的執行緒池

Tomcat的并發，提供了Executor介面來表示一個可以在組件間共享的執行緒池，該介面同樣繼承LifeCycle介面

共享范圍：Executor由Service維護，因此同一個Service中的組件可以共享一個執行緒池

Tomcat的核心組件

  • 解耦：網路協議與容器的解耦，
  • Connector：聯結器封裝了底層的網路請求(Socket請求及相應處理),提供了統一的介面，使Container容器與具體的請求協議以及I/O方式解耦，
  • Connector：將Socket輸入轉換成Request物件，交給Container容器進行處理，處理請求后，Container通過Connector提供的Response物件將結果寫入輸出流，

因為無論是Request物件還是Response物件都沒有實作Servlet規范對應的介面，Container會將它們進一步分裝成ServletRequest和ServletResponse.

Tomcat的聯結器

AJP主要是用于Web服務器與Tomcat服務器集成，AJP采用二進制傳輸可讀性文本，使用保持持久性的TCP鏈接，使得AJP占用更少的帶寬，并且鏈接開銷要小得多，但是由于AJP采用持久化鏈接，因此有效的連接數較HTTP要更多，

對于I/0選擇，要根據業務場景來定，一般高并發場景下，APR和NIO2的性能要優于NIO和BIO，（linux作業系統支持的NIO2由于是一個假的，并沒有真正實作AIO，所以一般linux上推薦使用NIO，如果是APR的話，需要安裝APR庫，而Windows上默認安裝了），所以在8.5的版本中默認是NIO，

Tomcat運行流程

假設來自客戶的請求為 http://localhost:8080/test/index.jsp

  1. 請求被發送到本機埠8080，被在那里偵聽的Coyote HTTP/1.1 Connector獲得
  2. Connector把該請求交給它所在的Service的Engine來處理，并等待Engine的回應
  3. Engine獲得請求localhost:8080/test/index.jsp，匹配它所有虛擬主機Host
  4. Engine匹配到名為localhost的Host（即使匹配不到也把請求交給該Host處理，因為該Host被定義為該Engine的默認主機）
  5. localhost Host獲得請求/test/index.jsp，匹配它所擁有的所有Context
  6. Host匹配到路徑為/test的Context（如果匹配不到就把該請求交給路徑名為””的Context去處理）
  7. path=”/test”的Context獲得請求/index.jsp，在它的mapping table中尋找對應的servlet
  8. Context匹配到URL PATTERN為*.jsp的servlet，對應于JspServlet類
  9. 構造HttpServletRequest物件和HttpServletResponse物件，作為引數呼叫JspServlet的doGet或doPost方法
  10. Context把執行完了之后的HttpServletResponse物件回傳給Host
  11. Host把HttpServletResponse物件回傳給Engine
  12. Engine把HttpServletResponse物件回傳給Connector
  13. Connector把HttpServletResponse物件回傳給客戶browser

本文由傳智教育博學谷狂野架構師教研團隊發布，

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    uj5u.com 2023-04-20 07:23:31 more
  • 使用Java接入小程式訂閱訊息！

    更新完微信服務號的模板訊息之后，我又趕緊把微信小程式的訂閱訊息給實作了！之前我一直以為微信小程式也是要企業才能申請，沒想到小程式個人就能申請。 訊息推送平臺🔥推送下發【郵件】【短信】【微信服務號】【微信小程式】【企業微信】【釘釘】等訊息型別。 https://gitee.com/zhongfuch ......

    uj5u.com 2023-04-20 07:22:59 more
  • java -- 緩沖流、轉換流、序列化流

    緩沖流 緩沖流, 也叫高效流, 按照資料型別分類： 位元組緩沖流：BufferedInputStream，BufferedOutputStream 字符緩沖流：BufferedReader，BufferedWriter 緩沖流的基本原理，是在創建流物件時，會創建一個內置的默認大小的緩沖區陣列，通過緩沖 ......

    uj5u.com 2023-04-20 07:22:49 more
  • Java-SpringBoot-Range請求頭設定實作視頻分段傳輸

    老實說，人太懶了，現在基本都不喜歡寫筆記了，但是網上有關Range請求頭的文章都太水了 下面是抄的一段StackOverflow的代碼...自己大修改過的，寫的注釋挺全的，應該直接看得懂，就不解釋了 寫的不好...只是希望能給視頻網站開發的新手一點點幫助吧. 業務場景：視頻分段傳輸、視頻多段傳輸（理 ......

    uj5u.com 2023-04-20 07:22:42 more
  • Windows 10開發教程_編程入門自學教程_菜鳥教程-免費教程分享

    教程簡介 Windows 10開發入門教程 - 從簡單的步驟了解Windows 10開發，從基本到高級概念，包括簡介，UWP，第一個應用程式，商店，XAML控制元件，資料系結，XAML性能，自適應設計，自適應UI，自適應代碼，檔案管理，SQLite資料庫，應用程式到應用程式通信，應用程式本地化，應用程式 ......

    uj5u.com 2023-04-20 07:22:35 more

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