为什么Tomcat架构要这么设计？这篇文章告诉你答案！博学谷狂野架构师

约定不等于承诺〃 2023-09-25 18:13 43阅读 0赞

### Tomcat体系架构 ###

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#### Tomcat项目结构 ####

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##### bin目录 #####

> bin目录主要是用来存放tomcat的命令，主要有两大类，一类是以.sh结尾的（linux命令），另一类是以.bat结尾的（windows命令）。  
> 很多环境变量的设置都在此处，例如可以设置JDK路径、tomcat路径

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*  startup文件：主要是检查catalina.bat/sh 执行所需环境，并调用catalina.bat 批处理文件。启动tomcat。

*  catalina文件：真正启动Tomcat文件，可以在里面设置jvm参数。后面性能调优会重点讲

*  shutdown文件：关闭Tomcat

*  脚本version.sh、startup.sh、shutdown.sh、configtest.sh都是对catalina.sh的包装，内容大同小异，差异在于功能介绍和调用catalina.sh时的参数不同。

*  Version：查看当前tomcat的版本号，

*  Configtest：校验tomcat配置文件server.xml的格式、内容等是否合法、正确。

*  Service：安装tomcat服务，可用net start tomcat 启动

##### conf目录 #####

> conf目录主要是用来存放tomcat的一些配置文件。

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*  server.xml：可以设置端口号、设置域名或IP、默认加载的项目、请求编码

*  web.xml：可以设置tomcat支持的文件类型

*  context.xml：可以用来配置数据源之类的

*  tomcat-users.xml：用来配置管理tomcat的用户与权限

*  在Catalina目录下可以设置默认加载的项目

###### server.xml ######

COPY<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?><Serverport="8005"shutdown="SHUTDOWN"><ListenerclassName="org.apache.catalina.startup.VersionLoggerListener" /><ListenerclassName="org.apache.catalina.core.AprLifecycleListener"SSLEngine="on" /><ListenerclassName="org.apache.catalina.core.JreMemoryLeakPreventionListener" /><ListenerclassName="org.apache.catalina.mbeans.GlobalResourcesLifecycleListener" /><ListenerclassName="org.apache.catalina.core.ThreadLocalLeakPreventionListener" /><GlobalNamingResources><Resourcename="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><Servicename="Catalina"><Connectorport="8080"protocol="HTTP/1.1"connectionTimeout="20000"redirectPort="8443" /><Connectorport="8009"protocol="AJP/1.3"redirectPort="8443" /><Enginename="Catalina"defaultHost="localhost"><RealmclassName="org.apache.catalina.realm.LockOutRealm"><RealmclassName="org.apache.catalina.realm.UserDatabaseRealm"resourceName="UserDatabase"/></Realm><Hostname="localhost"appBase="webapps"unpackWARs="true"autoDeploy="true">
         　　<ValveclassName="org.apache.catalina.valves.AccessLogValve"directory="logs"prefix="localhost_access_log"suffix=".txt"pattern="%h %l %u %t "%r" %s %b" /></Host><Hostname="www.hzg.com"appBase="webapps"unpackWARs="true"autoDeploy="true"><Contextpath=""docBase="/myweb1" /><ValveclassName="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>复制代码

###### patter解释 ######

> 有效的日志格式模式可以参见下面内容，如下字符串，其对应的信息由指定的响应内容取代：

*  ％a - 远程IP地址

*  ％A - 本地IP地址

*  ％b - 发送的字节数，不包括HTTP头，或“ - ”如果没有发送字节

*  ％B - 发送的字节数，不包括HTTP头

*  ％h - 远程主机名

*  ％H - 请求协议

*  ％l (小写的L)- 远程逻辑从identd的用户名（总是返回’ - ‘）

*  ％m - 请求方法

*  ％p - 本地端口

*  ％q - 查询字符串（在前面加上一个“？”如果它存在，否则是一个空字符串

*  ％r - 第一行的要求

*  ％s - 响应的HTTP状态代码

*  ％S - 用户会话ID

*  ％t - 日期和时间，在通用日志格式

*  ％u - 远程用户身份验证

*  ％U - 请求的URL路径

*  ％v - 本地服务器名

*  ％D - 处理请求的时间（以毫秒为单位）

###### web.xml ######

Tomcat中所有应用默认的部署描述文件，主要定义了基础的Servlet和MIME映射(mime-mapping 文件类型，其实就是Tomcat处理的文件类型),如果部署的应用中不包含Web.xml，那么Tomcat将使用此文件初始化部署描述，反之，Tomcat会在启动时将默认描述与定义描述配置进行合并。

加载一些tomcat内置的servlet

DefaultServlet默认的,加载静态文件 html,js,jpg等静态文件。

JspServlet专门处理jsp。

###### context.xml ######

用于自定义所有Web应用均需要加载的Context配置，如果Web应用指定了自己的context.xml，那么该文件的配置将被覆盖。

> context.xml与server.xml中配置context的区别

server.xml是不可动态重加载的资源，服务器一旦启动了以后，要修改这个文件，就得重启服务器才能重新加载。而context.xml文件则不然，tomcat服务器会定时去扫描这个文件。一旦发现文件被修改（时间戳改变了），就会自动重新加载这个文件，而不需要重启服务器。

###### catalina.policy ######

权限相关 Permission ，Tomcat是跑在jvm上的，所以有些默认的权限

###### tomcat-users.xml ######

> 配置Tomcat的server的manager信息

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>
    复制代码

###### logging.properties ######

设置tomcat日志

控制输出不输出内容到文件，不能阻止生成文件，阻止声文件可用注释掉

##### lib目录 #####

> lib目录主要用来存放tomcat运行需要加载的jar包。  
> 例如，像连接数据库的jdbc的包我们可以加入到lib目录中来。

Tomcat的类库，里面是一大堆jar文件。如果需要添加Tomcat依赖的jar文件，可以把它放到这个目录中，当然也可以把应用依赖的jar文件放到这个目录中，这个目录中的jar所有项目都可以共享之，但这样你的应用放到其他Tomcat下时就不能再共享这个目录下的Jar包了，所以建议只把Tomcat需要的Jar包放到这个目录下；

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##### logs目录 #####

> logs目录用来存放tomcat在运行过程中产生的日志文件，非常重要的是在控制台输出的日志。（清空不会对tomcat运行带来影响）

这个目录中都是日志文件，记录了Tomcat启动和关闭的信息，如果启动Tomcat时有错误，那么异常也会记录在日志文件中

在windows环境中，控制台的输出日志在catalina.xxxx-xx-xx.log文件中 在linux环境中，控制台的输出日志在catalina.out文件中

*  localhost-xxx.log：Web应用的内部程序日志，建议保留

*  catalina-xxx.log：控制台日志

*  host-manager.xxx.log：Tomcat管理页面中的host-manager的操作日志，建议关闭

*  localhost\_access\_log\_xxx.log：用户请求Tomcat的访问日志（这个文件在conf/server.xml里配置），建议关闭

##### temp目录 #####

> temp目录用户存放tomcat在运行过程中产生的临时文件。（清空不会对tomcat运行带来影响）

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##### webapps目录 #####

> webapps目录用来存放应用程序，当tomcat启动时会去加载webapps目录下的应用程序。可以以文件夹、war包、jar包的形式发布应用。  
> 当然，你也可以把应用程序放置在磁盘的任意位置，在配置文件中映射好就行。

存放web项目的目录，其中每个文件夹都是一个项目；如果这个目录下已经存在了目录，那么都是tomcat自带的。项目。其中ROOT是一个特殊的项目，在地址栏中没有给出项目目录时，对应的就是ROOT项目。[http://localhost:8080/examples，进入示例项目。其中examples就是项目名，即文件夹的名字。][http_localhost_8080_examples_examples]

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##### work目录 #####

> work目录用来存放tomcat在运行时的编译后文件，例如JSP编译后的文件。清空work目录，然后重启tomcat，可以达到清除缓存的作用。

运行时生成的文件，最终运行的文件都在这里。通过webapps中的项目生成的！可以把这个目录下的内容删除，再次运行时会生再次生成work目录。当客户端用户访问一个JSP文件时，Tomcat会通过JSP生成Java文件，然后再编译Java文件生成class文件，生成的java和class文件都会存放到这个目录下。

#### Tomcat组件及架构 ####

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##### Server #####

> Server是最顶级的组件，它代表Tomcat的运行实例，它掌管着整个Tomcat的生死大权；

*  提供了监听器机制，用于在Tomcat整个生命周期中对不同时间进行处理

*  提供Tomcat容器全局的命名资源实现，JNDI

*  监听某个端口以接受SHUTDOWN命令，用于关闭Tomcat

##### Service #####

> 一个概念，一个Service维护多个Connector和一个Container

它由一个或者多个Connector组成，以及一个Engine，负责处理所有Connector所获得的客户请求。

##### Connector组件 #####

> 链接器：监听转换Socket请求，将请求交给Container处理，支持不同协议以及不同的I/O方式

TOMCAT有两个典型的Connector，一个直接侦听来自browser的http请求，一个侦听来自其它WebServer的请求Coyote Http/1.1 Connector 在端口8080处侦听来自客户browser的http请求Coyote JK2 Connector 在端口8009处侦听来自其它WebServer(Apache)的servlet/jsp代理请求。

##### Container #####

表示能够执行客户端请求并返回响应的一类对象，其中有不同级别的容器：Engine、Host、Context、Wrapper

##### Engine #####

> 整个Servler引擎，最高级的容器对象

Engine下可以配置多个虚拟主机Virtual Host，每个虚拟主机都有一个域名当Engine获得一个请求时，它把该请求匹配到某个Host上，然后把该请求交给该Host来处理Engine有一个默认虚拟主机，当请求无法匹配到任何一个Host上的时候，将交给该默认Host来处理。

##### Host #####

> 表示Servlet引擎中的虚拟机，主要与域名有关，一个服务器有多个域名是可以使用多个Host

代表一个Virtual Host，虚拟主机，每个虚拟主机和某个网络域名Domain Name相匹配，每个虚拟主机下都可以部署(deploy)一个或者多个Web App，每个Web App对应于一个Context，有一个Context path当Host获得一个请求时，将把该请求匹配到某个Context上，然后把该请求交给该Context来处理匹配的方法是“最长匹配”，所以一个path==””的Context将成为该Host的默认Context所有无法和其它Context的路径名匹配的请求都将最终和该默认Context匹配。

##### Context #####

> 用于表示ServletContext,一个ServletContext表示一个独立的Web应用

一个Context对应于一个Web Application，一个WebApplication由一个或者多个Servlet组成，Context在创建的时候将根据配置文件CATALINAHOME/conf/web.xml和CATALINA\_HOME/conf/web.xml和CATALINAHOME/conf/web.xml和WEBAPP\_HOME/WEB-INF/web.xml载入Servlet类，当Context获得请求时，将在自己的映射表(mapping table)中寻找相匹配的Servlet类。如果找到，则执行该类，获得请求的回应，并返回。

是Web应用的抽象，Web应用部署到Tomcat后运行时就会转化成Context对象；包含了各种静态资源、若干Servlet（Wrapper容器）以及各种其他动态资源；

*  包含Listener组件用以在生命周期中对Context相关的事件进行监听；

*  包含AccessLog组件以记录访问日志；

*  包含Pipeline组件用以处理请求；

*  包含Realm组件用以提供安全权限功能；

*  包含Loader组件用以加载Web应用的资源，保证不同Web应用之间的资源隔离；

*  包含Manager组件用以管理Web容器的会话，包括维护会话的生成、更新和销毁；

*  包含NamingResource组件将Tomcat配置文件的server.xml和Web应用的context.xml资源和属性映射到内存中；

##### Wrapper #####

> 用于表示Web应用中定义的Servlet

对应的是Servlet；包含Web应用开发常用的Servlet组件；包含ServletPool组件用以存放Servlet对象，当Web应用的Servlet实现了SingleThreadModel接口时则会再Wrapper中产生一个Servlet对象池，线程执行时，需先从对象池中获取到一个Servlet对象，ServletPool组件能保证Servlet对象的线程安全；包含Pipeline组件用以处理请求。

我们从功能的角度将Tomcat源代码分成5个子模块，它们分别是：

1.  Jsper子模块：这个子模块负责jsp页面的解析、jsp属性的验证，同时也负责将jsp页面动态转换为java代码并编译成class文件。在Tomcat源代码中，凡是属于org.apache.jasper包及其子包中的源代码都属于这个子模块；

1.  Servlet和Jsp规范的实现模块：这个子模块的源代码属于javax.servlet包及其子包，如我们非常熟悉的javax.servlet.Servlet接口、javax.servet.http.HttpServlet类及javax.servlet.jsp.HttpJspPage就位于这个子模块中；

1.  Catalina子模块：这个子模块包含了所有以org.apache.catalina开头的java源代码。该子模块的任务是规范了Tomcat的总体架构，定义了Server、Service、Host、Connector、Context、Session及Cluster等关键组件及这些组件的实现，这个子模块大量运用了Composite设计模式。同时也规范了Catalina的启动及停止等事件的执行流程。从代码阅读的角度看，这个子模块应该是我们阅读和学习的重点。

1.  Connectors子模块：如果说上面三个子模块实现了Tomcat应用服务器的话，那么这个子模块就是Web服务器的实现。所谓连接器(Connector)就是一个连接客户和应用服务器的桥梁，它接收用户的请求，并把用户请求包装成标准的Http请求(包含协议名称，请求头Head，请求方法是Get还是Post等等)。同时，这个子模块还按照标准的Http协议，负责给客户端发送响应页面，比如在请求页面未发现时，connector就会给客户端浏览器发送标准的Http 404错误响应页面。

1.  Resource子模块：这个子模块包含一些资源文件，如Server.xml及Web.xml配置文件。严格说来，这个子模块不包含java源代码，但是它还是Tomcat编译运行所必需的。

##### Executor #####

> Tomcat组件间可以共享的线程池

Tomcat的并发，提供了Executor接口来表示一个可以在组件间共享的线程池。该接口同样继承LifeCycle接口

共享范围：Executor由Service维护，因此同一个Service中的组件可以共享一个线程池

##### Tomcat的核心组件 #####

*  解耦：网络协议与容器的解耦。

*  Connector：链接器封装了底层的网络请求(Socket请求及相应处理),提供了统一的接口，使Container容器与具体的请求协议以及I/O方式解耦。

*  Connector：将Socket输入转换成Request对象，交给Container容器进行处理，处理请求后，Container通过Connector提供的Response对象将结果写入输出流。

因为无论是Request对象还是Response对象都没有实现Servlet规范对应的接口，Container会将它们进一步分装成ServletRequest和ServletResponse.

##### Tomcat的链接器 #####

AJP主要是用于Web服务器与Tomcat服务器集成，AJP采用二进制传输可读性文本，使用保持持久性的TCP链接，使得AJP占用更少的带宽，并且链接开销要小得多，但是由于AJP采用持久化链接，因此有效的连接数较HTTP要更多。

对于I/0选择，要根据业务场景来定，一般高并发场景下，APR和NIO2的性能要优于NIO和BIO，（linux操作系统支持的NIO2由于是一个假的，并没有真正实现AIO，所以一般linux上推荐使用NIO，如果是APR的话，需要安装APR库，而Windows上默认安装了），所以在8.5的版本中默认是NIO。

#### Tomcat运行流程 ####

> 假设来自客户的请求为 [http://localhost:8080/test/index.jsp][http_localhost_8080_test_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获得

1.  Connector把该请求交给它所在的Service的Engine来处理，并等待Engine的回应

1.  Engine获得请求localhost:8080/test/index.jsp，匹配它所有虚拟主机Host

1.  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）

1.  localhost Host获得请求/test/index.jsp，匹配它所拥有的所有Context

1.  Host匹配到路径为/test的Context（如果匹配不到就把该请求交给路径名为””的Context去处理）

1.  path=”/test”的Context获得请求/index.jsp，在它的mapping table中寻找对应的servlet

1.  Context匹配到URL PATTERN为\*.jsp的servlet，对应于JspServlet类

1.  构造HttpServletRequest对象和HttpServletResponse对象，作为参数调用JspServlet的doGet或doPost方法

1.  Context把执行完了之后的HttpServletResponse对象返回给Host

1.  Host把HttpServletResponse对象返回给Engine

1.  Engine把HttpServletResponse对象返回给Connector

1.  Connector把HttpServletResponse对象返回给客户browser

作者：博学谷\_狂野架构师

链接：[https://juejin.cn/post/7212878112454475833][https_juejin.cn_post_7212878112454475833]

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