Tomcat系统架构与原理剖析
1. Tomcat系统架构与原理剖析
1.1 浏览器访问服务器的流程
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
1.2 Tomcat系统总体架构
1.2.1 Tomcat请求处理大致过程
Tomcat是一个HTTP服务器(能够接收并处理http请求,所以tomcat是一个http服务器)
我们用浏览器向某一个网站发起请求,发出的是Http请求,那么服务器在接收请求之后,会调用程序(Java类)进行处理,往往不同的请求由不同的Java类完成处理。过程如下:
真正tomcat是如何实现的呢:
HTTP服务器接收到请求之后会把请求交给Servlet容器来处理,Servlet容器通过Servlet接口调用业务类。Servlet接口和Servlet容器这一整套内筒叫做Servlet规范。
注:Tomcat既按照Servlet规范的要求去实现了Servlet容器,同时它也具有HTTP服务器的功能。
Tomcat的两个重要身份
- http服务器
- Tomcat是一个Servlet容器
1.2.2 Tomcat Servlet容器处理流程
当⽤户请求某个URL资源时
- HTTP服务器会把请求信息使⽤ServletRequest对象封装起来
- 进⼀步去调⽤Servlet容器中某个具体的Servlet
- 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
- 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
- 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
- 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
1.2.3 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
- 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
- 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;
1.3 Tomcat连接器组件Coyote
1.3.1 Coyote简介
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。
- Coyote封装了底层的⽹络通信(Socket请求及响应处理)
- 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
- 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
- Coyote负责的是具体协议(应⽤层)和IO(传输层)相关内容
Tomcat Coyote⽀持的IO模型与协议
Tomcat⽀持多种应⽤层协议和I/O模型,如下:
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。
1.3.2 Coyote的内部组件及流程
Coyote 组件及作⽤
组件 | 作用描述 |
---|---|
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 |
1.4 Tomcat Servlet容器Catalina
1.4.1 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。
1.4.2 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)
Tomcat/Catalina实例
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)
- ⼀个Server实例(容器)
- 多个Service实例(容器)
- 每⼀个Service实例下可以有多个Connector实例和⼀个Container实例
- 多个Service实例(容器)
- ⼀个Server实例(容器)
组件 | 作用描述 |
---|---|
Catalina | 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 |
Server | 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 |
Service | 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 |
Container | 容器,负责处理⽤户的servlet请求,并返回对象给web⽤户的模块 |
1.4.3 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
组件 | 作用描述 |
---|---|
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个Host |
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 |
上述组件的配置其实就体现在conf/server.xml中。