Tomcat组件初解

比眉伴天荒 2022-08-09 11:57 205阅读 0赞

说明：个人认为理解背景知识以及Java技术基础知识是掌握Tomcat工作机制的前提  
**一、背景知识**  
**1、动态网页的概念**  
程序是否在服务器端运行，是区分动态网页与静态网页的重要标志，静态网页随着html代码生成后页面的内容和显示效果基本上不会发生变化了；而动态网页则不然，页面代码虽然没有变，但是显示的内容可以随着时间、环境或者数据库操作的结果而发生改变。动态网页是基本的html语法规范与Java、PHP、等高级程序设计语言、数据库编程等多种技术的融合， 以实现对网站内容和风格的高效、动态和交互式的管理。注意不要混淆动态网页和网页视觉上的动态效果这两个概念。

**2、HTTP与MIME**  
最早的HTTP协议中，并没有附加的数据类型信息，所有传送的数据都被客户程序解释为html文档，因此web服务器最初只能服务静态资源，即只能解析html文档。后来HTTP协议引入MIME框架（Multipurpose Internet Mail Extensions规定了用于表示各种各样的数据类型的符号化方法），通过在文档之前附加MIME类型信息来支持多媒体数据类型；此时web服务器就可以解析静态超媒体文本文档，浏览器接收服务器返回的消息后就会知道哪些是MP3文件，哪些是Shockwave文件等等，当某种扩展名文件被访问的时候，浏览器会自动使用指定应用程序来打开。可以理解为服务器将MIME标志符放入传送的数据中来告诉浏览器使用哪种插件读取相关文件。

**3、Applet**  
1995年Java发布的时候互联网方兴未艾，不久，人们对动态网站的技术需求越来越迫切，在这种发展背景下，Sun公司在Java的类库中引入了applet类，用applet类开发的小程序能够直接嵌入到html文件中，使用< applet > 和< /applet >来标记html文件中的Applet小程序代码。在这种情况下，当Client端支持JRE插件的浏览器读取到这对标记时，就会下载相应的小应用程序代码并在本地计算机上执行该Applet，而后将执行结果通过网页显示给用户。这大大提高Web页面的交互能力和动态执行能力，但是这种Client端动态网页技术存在明显的一个弊端——为了达到这种动态效果Client端必须要开放一些权限给远程用户执行相关程序，如果有恶意的应用程序在Client端执行就可能会危及用户的系统，尽管Sun公司致力于让Java程序只能运行在JVM中，这样尽可能的缩小的恶意程序的破坏范围（类似chroot机制），但程序的设计避免不了漏洞，总会有安全隐患；applet每一次的改动都需要重新打包签名，手续非常繁琐，所以在具体的实现中要将一些会变化参数放到html文件中来，传到applet中去执行；此外未必每一个用户都会配置需要的JRE环境，在当时网络带宽尚且不大的情况下，applet需要下载到本地执行，因此发展效果不是很理想。

**4、CGI**  
随后CGI技术诞生，CGI规范允许Web服务器执行外部程序，并将它们的输出发送给浏览器，CGI将Web一组简单的静态超媒体文档转换为一个完整的新的交互式媒体。简单来说当Web服务器发现用户请求的是动态程序类的资源，会调用相应的CGI进程来执行，CGI执行完毕后把执行结果输出标准到html语句返回给web服务器，web服务器再返回给Client端。

**5、Serverlet**  
Sun为了使Java能够支持基于CGI的方式来开发动态网站，开发出API的另一种特殊规范Serverlet（Server Applet），它是Java编写的服务器端程序，主要功能在于交互式地浏览和修改数据，生成动态Web内容。狭义的Servlet是指Java语言实现的一个接口，广义的Servlet是指任何实现了这个Servlet接口的类。综上所述，可以将Serverlet理解为是一种CGI技术，能够让Java开发动态页面并通过CGI方式与前端Web进行通信；在通信量大的服务器上，Java Servlet的优点在于其执行速度更快于 CGI 程序，各个用户请求被激活成单个程序中的一个线程，而无需创建单独的进程，因此服务器端处理请求的系统开销明显降低。但是它输出html语句还是采用了老的CGI方式，对所有的代码采用硬编码的方式一句一句输出，对于纯html文档的编译也要由Java程序来输出，这是非常麻烦的，任何静态内容的修改也会导致JVM重新编译Java页面程序，Java程序员还需要理解html前端展示页面的定义，所以编写和修改html非常不方便。

**6、JSP**  
由此Sun公司倡导建立的一种动态网页技术标准，同时吸引了其他一些公司一起参与进来。JSP（Java Server Pages）就此诞生，其根本是一个简化的Servlet设计，在传统的网页HTML文件（.htm，.html）中插入Java程序段（Scriptlet）和JSP标记（tag），从而形成后缀名为(.jsp)的JSP文件，用来封装生成动态网页的处理逻辑，实现了网页展示逻辑与Servlet的分离，这样大大简化和方便了网页的设计和修改。JSP与Servlet一样，任何程序操作都在服务器端执行，客户端浏览的服务器端处理的结果。Java Servlet是JSP的技术基础，大型Web应用程序的开发需要Java Servlet和JSP配合才能完成。JSP具备了Java技术的简单易用，完全的面向对象，具有平台无关性且安全可靠。

**7、MVC架构**  
前面提到的CGI编制方式比较困难而且效率低下，因为每一次修改程序都必须重新将CGI程序编译成可执行文件，MVC因此而生。MVC模型可以理解为是一种将数据、逻辑处理、展示界面分离的一种方法。使用MVC的一个最明显好处就是它将视图展示和应用逻辑清晰的分离。这样就允许更改视图层代码而不用重新编译模型和控制器代码，同样，一个应用的业务流程或者业务规则的改变只需要改动MVC的模型层即可。

*  Model：应用程序中用于处理应用程序数据逻辑的部分，通常模型对象负责在数据库中存取数据。
 *  View：提供了展示模型数据的不同方式，它可以是数据填充的模板；视图可以有多个，而控制器则决定使用哪个视图。
 *  Controller：主要功能就是调用并协调需要的资源/对象来执行用户请求。通常控制器会为任务调用合适的模型，选择合适的视图。

Controller，Model和View各自独立，一个流行的开源实现是Apache Structs框架；目今，设计优良的Web应用程序通常用相关的技术实现相应的功能，比如：  
M = JavaBeans：用于传递数据，拥有与数据相关的逻辑处理  
[http://www.zhihu.com/question/19773379][http_www.zhihu.com_question_19773379]  
V = JSP，实现内容展示；从Model接收数据并生成HTML，进而降低了HTML维护的复杂度；  
C = Servlet，实现应用逻辑；接收HTTP请求并控制Model和View

**二、Java SE和Java包含的API**  
Java SE包含了Java二进制程序(如JVM和Java字节码编译器)和Java的核心代码库，而Jave EE标准则包含了一组适用于创建企业级Web应用程序的API。Jave EE建立在Java SE的基础上，并依赖于Java SE才能正常工作。当然，任何级别的应用程序均能从Java EE中获益，但Jave EE却更适合解决大型软件系统设计中的问题。  
JAVA EE包含多个独立的API，Servlet和JSP就是其中的两个，而JAVA EE中著名的API中还包含如下的几个：  
JAVA EE APIs

*  JMS(Java Message Service)：高性能异步消息服务，实现JAVA EE应用程序与非JAVA程序的“透明”通信；
 *  JMX（Java Management Extensions）：在程序运行时对其进行交互式监控和管理的机制；
 *  JTA（Java Transaction API）：允许应用程序在自身的一个或多个组件中平滑地处理错误的机制；
 *  JM（JavaMail）：通过工业标准的POP/SMTP/IMAP协议发送和接收邮件的机制；
 *  EJB(Enterprise JavaBeans)：JAVA相关的诸多高级功能的实现，如RMI（Remote Method Invocation), 对象/关系映射，跨越多个数据源的分布式事务等；

Java SE APIs

*  JNDI（Java Naming and Directory Interface）：用于与LDAP服务交互的API；
 *  JAXP（Java API for XML Processing）：用于分析及转换XML（基于XSLT实现）；

Java应用服务器主要为应用程序提供运行环境，为组件提供服务。Java 的应用服务器很多，从功能上分为两类：JSP（支持最新的Servlet 和JSP 规范）和 Java EE （符合J2EE标准的服务器）。  
JAVA EE Application Servers：

*  IBM：Websphere 商业
 *  BEA（后被Oracle收购）：Weblogic 商业
 *  Oracle：oc4j 商业
 *  Sun：GlassFish 开源
 *  Apache：Geronimo 开源
 *  RedHat：JBoss 开源，在Tomcat上进行了二次封装和开发，引入了很多新的功能，尤其是企业级的API

JSP Application Servers ：

*  Jetty 开源
 *  Apache：Tomcat 开源
 *  CAUCHO：Resin 商业

**三、Tomcat起源**  
Sun公司创建了第一个Servlet容器的参考实现，即Java Web Server（仅具备Java EE API中的JSP和Serverlet）， 但JWS只是为了演示Servlet的相应功能，所以其很不稳定。与此同时，ASF（Apache Software Foundation）创建了JServ项目，一个能够与apache整合起来的servlet容器。1999年，Sun把JWS捐给了ASF，于是两个项目合二为一，即Tomcat的前身。第一个tomcat版本是Tomcat 3.x系列，而发布于2001年Tomcat4.0则是在此前基础上进行了重新设计和实现，其代码项目被命名为Catalina。目前最新的版本则是8.x系列。

尽管Tomcat并没有完整实现Jave EE API，但Tomcat作为第一款成功的web容器，具有广大的用户群体，提供Http Server和Servlet容器功能。很企业也渐渐弃用传统的Java EE技术（如EJB）转而采用一些开源组件来构建复杂的应用。对于这些开源组件如Structs、Spring和Hibernate，Tomcat都能够对其实现完美的支持。

Tomcat主要是作为JSP/Servlet最新规范的参考实现而设计，最常见的使用方式是将其作为一个服务器软件安装到操作系统上，然后在里面部署web应用，比较适合在中小型系统和并发访问用户不是很多的场景下使用；但如果嵌入到其他JEE服务器中以提供Web容器功能或者作为组件嵌入到其他应用中，操作起来比较麻烦。

**四、Tomcat的架构**  
最新版的Tomcat8主要新增了Servlet 3.1, JSP 2.3, EL 3.0 and Web Socket 1.0支持。版本详情说明：[http://tomcat.apache.org/whichversion.html][http_tomcat.apache.org_whichversion.html]  
Tomcat由一组嵌套的层次和组件组成，一般可分为以下四类：

*  顶级组件：位于配置层次的顶级，并且彼此间有着严格的对应关系；
 *  连接器：连接客户端（可以是浏览器或Web服务器）请求至Servlet容器，
 *  容器：包含一组其它组件；
 *  被嵌套的组件：位于一个容器当中，但不能包含其它组件；

**说明：**在第一次调用之后，JSP会被编译成一个servlet类，在后续的操作中则可以直接使用此类，从而避免了对每一次调用的都要重新分析和编译。因此，类似servlet，JSP的执行需要在container中完成。JSP的container跟servlet的container基本相同，但在JSP执行之前，需要一些额外的步骤如与servlet代码建立会话等。Tomcat包含了一个叫做Catalina的Servlet container（执行servlet和编译过的JSP）和一个JSP编译器（Jasper编译器）。事实上，一个包含了JSP编译器和Servlet容器的应用程序组合通常被称作Web容器。  
各常见组件：  
![这里写图片描述][20151022211538150]  
**server：** Tomcat的一个实例，通常一个JVM只能包含一个Tomcat实例；因此，一台物理服务器上可以在启动多个JVM的情况下在每一个JVM中启动一个Tomcat实例，每个实例分属于一个独立的管理端口。这是一个顶级组件。  
**service：**一组Connector和一个Engine的集合，这组Connector共用一个Engine来处理所有收到的请求，给服务命名可以方便管理员在日志文件中识别不同服务产生的日志。一个server可以包含多个service组件，但通常情下只为一个service指派一个server。

**连接器类组件**  
**connector：**连接器负责连接客户端（可以是浏览器或Web服务器）请求至Servlet容器内的Web应用程序，通常指的是接收客户发来请求的位置及服务器端分配的端口。默认端口通常是HTTP协议的8080，管理员也可以根据自己的需要改变此端口。一个引擎可以配置多个连接器，但这些连接器必须使用不同的端口。默认的连接器是基于HTTP/1.1的Coyote。同时，Tomcat也支持AJP、JServ和JK2连接器。

**容器类组件**  
**Engine：**通常是指处理请求的Servlet引擎组件，即Catalina Servlet引擎，它检查每一个请求的HTTP首部信息以辨别此请求应该发往哪个host或context，并将请求处理后的结果返回的相应的客户端。严格意义上来说，容器不必非得通过引擎来实现，它也可以是只是一个容器。如果Tomcat被配置成为独立服务器，默认引擎就是已经定义好的引擎。而如果Tomcat被配置为Apache Web服务器的提供Servlet功能的后端，默认引擎将被忽略，因为Web服务器自身就能确定将用户请求发往何处。一个引擎可以包含多个host组件。  
**Host：**主机组件类似于Apache中的虚拟主机，但在Tomcat中只支持基于FQDN的“虚拟主机”。一个引擎至少要包含一个主机组件。  
**Context：**上下文是最内层次的组件，它表示Web应用程序本身。配置一个Context最主要的是指定Web应用程序的根目录，以便Servlet容器能够将用户请求发往正确的位置。Context组件也可包含自定义的错误页，以实现在用户访问发生错误时提供友好的提示信息。

**被嵌套类(nested)组件**  
这类组件通常包含于容器类组件中以提供具有管理功能的服务，它们不能包含其它组件，但有些却可以由不同层次的容器各自配置。  
**Valve：**阀门用来拦截请求并在将其转至目标之前进行某种处理操作，类似于Servlet规范中定义的过滤器。Valve可以定义在任何容器类的组件中。Valve常被用来记录客户端请求、客户端IP地址和服务器等信息，这种处理技术通常被称作请求转储(request dumping)。请求转储valve记录请求客户端请求数据包中的HTTP首部信息和cookie信息文件中，响应转储valve则记录响应数据包首部信息和cookie信息至文件中。  
**Logger：**日志记录器用于记录组件内部的状态信息，可被用于除Context之外的任何容器中。日志记录的功能可被继承，因此，一个引擎级别的Logger将会记录引擎内部所有组件相关的信息，除非某内部组件定义了自己的Logger组件。  
**Realm：**领域用于用户的认证和授权；在配置一个应用程序时，管理员可以为每个资源或资源组定义角色及权限，而这些访问控制功能的生效需要通过Realm来实现。Realm的认证可以基于文本文件、数据库表、LDAP服务等来实现。Realm的效用会遍及整个引擎或顶级容器，因此，一个容器内的所有应用程序将共享用户资源。同时，Realm可以被其所在组件的子组件继承，也可以被子组件中定义的Realm所覆盖。

**五、Tomcat初解**  
[http://mirrors.cnnic.cn/apache/tomcat/tomcat-8/v8.0.28/bin/apache-tomcat-8.0.28.tar.gz][http_mirrors.cnnic.cn_apache_tomcat_tomcat-8_v8.0.28_bin_apache-tomcat-8.0.28.tar.gz]  
1、下载Tomcat二进制包解压安装后打开目录可以看到如下内容（前提：jdk环境已经部署好）  
![这里写图片描述][20151022212442020]

*  bin：存放服务器脚本;
 *  conf：存放配置文件;
 *  logs :存放日志文件;
 *  lib：存放需要的JAR文件;
 *  work：存放jsp 文件编绎生成的class文件;
 *  webapps：存放需要发布的Web应用程序及其部署文件；/webapps是Tomcat服务器用来存放Web应用的目录，每个Web应用都将在这建立各自的子目录，

对于一个Web应用程序而言，其通常由Servlets、JSP和其它文件等共同组成。这些文件通常被打包成WAR（Web Application Archive）格式，并以.war作为打包后的文件扩展名。而Servlet规范则定义了在WAR内部组织这些文件的标准目录结构。其目录和功用如下：  
![这里写图片描述][20151023084755610]

*  /Webapps：应用程序的根目录，所有可被公开访问的文件均放置于此处，如HTML、JSP和图片文件等；
 *  /WEB-INF：此目录为私有资源目录，其内部的所有文件和子目录均不能被公开访问；包含着此Web应用程序的配置文件web.xml（程序结构描述符文件）通常放置于此目录；
 *  /WEB-INF/classes：当前Web应用程序的类文件的存在目录；
 *  /WEB-INF/lib：可被打包为JAR格式的类文件通常放置于此目录；

2、Tomcat的配置文件：  
![这里写图片描述][20151022212732465]  
**catalina.policy：** Java相关的安全策略配置文件，在系统资源级别上提供访问控制的能力；  
**catalina.properties：** Tomcat内部package的定义及访问相关的控制，也包括对通过类装载器装载的内容的控制；Tomcat6在启动时会事先读取此文件的相关设置；  
**context.xml：**所有host的默认配置信息；  
**logging.properties：** Tomcat通过自己内部实现的JAVA日志记录器来记录操作相关的日志，此文件即为日志记录器相关的配置信息，可以用来定义日志记录的组件级别以及日志文件的存在位置等；  
**tomcat-user.xml：** Realm认证时用到的相关角色、用户和密码等信息；Tomcat自带的manager默认情况下会用到此文件；在Tomcat中添加/删除用户，为用户指定角色等将通过编辑此文件实现；  
**web.xml：**遵循Servlet规范标准的配置文件，用于配置servlet，并为所有的Web应用程序提供包括MIME映射等默认配置信息；  
**注意：**在Tomcat目录下/webapps/ROOT/WEB-INF中也有一个web.xml，当部署一个Web应用时，总是先加载/conf/web.xml，然后再加载/webapps/ROOT/WEB-INF/web.xml文件；但处理过程中，总是先使用/webapps/ROOT/WEB-INF/web.xml配置文件，如果无法处理，才把它交给Tomcat的web.xml文件。  
![这里写图片描述][20151022213001731]  
**server.xml：** Tomcat的主配置文件，包含Service, Connector, Engine, Realm, Valve, Hosts主组件的相关配置信息；主要提供Tomcat组件的初始配置，说明Tomcat的结构，含义，使Tomcat通过实例化组件完成启动及构建自身。

3、启动Tomcat，在浏览器中输入：[http://localhost:8080/][http_localhost_8080]会打开Tomcat的默认页面。实际上，刚装好的Tomcat服务器虚拟主机的默认目录是/webapps/ROOT，默认页面就是Tomcat安装目录下的webapps/ROOT/index.jsp；  
![这里写图片描述][20151022213234555]  
![这里写图片描述][20151022213242276]  
4、编写一个简单shell本用来启动服务  
![这里写图片描述][20151022213303809]  
![这里写图片描述][20151022213332600]

[http_www.zhihu.com_question_19773379]: http://www.zhihu.com/question/19773379
[http_tomcat.apache.org_whichversion.html]: http://tomcat.apache.org/whichversion.html
[20151022211538150]: /images/20220731/6ba03d97558d4688af8f73ab8cc42809.png
[http_mirrors.cnnic.cn_apache_tomcat_tomcat-8_v8.0.28_bin_apache-tomcat-8.0.28.tar.gz]: http://mirrors.cnnic.cn/apache/tomcat/tomcat-8/v8.0.28/bin/apache-tomcat-8.0.28.tar.gz
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[20151022213001731]: /images/20220731/9e685661724a4ab4abb77e6134a40358.png
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[20151022213234555]: /images/20220731/9f6960ec447d4b1399530ca77bf4db64.png
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[20151022213332600]: /images/20220731/323c954cee8d493582997ab8a49b674a.png