Tomcat 系统架构与原理剖析

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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协议是应用层协议，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。

2. Tomcat 系统总体架构

Tomcat是一个Http服务器（能够接受并且处理http请求，所以Tomcat是一个Http服务器）。

2.1. Tomcat 处理请求大致流程

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。

Servlet容器有解耦的作用，避免Http服务器和业务类的直接耦合。

由于Tomcat根据Servlet规范实现了Servlet容器，同时它又具有Http服务器的功能，所以Tomcat拥有两个重要身份：

• Servlet容器
• Http服务器

2.2. 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封装成Request对象，再转化成ServletRequest对象，传入Servlet容器；
• 2) Servlet容器接收到请求后，根据URL和Servlet的映射关系（必要的配置信息）,找到对应的Servlet；
• 3) 如果Servlet还没有被加载，使用反射技术创建该Servlet，并调用Servlet的init方法来完成初始化；
• 4) 调用Servlet的service方法处理请求，将请求处理结果封装成ServletResponse对象，返回给Http服务器；
• 5) Http服务器将接收到的ServletResponse对象转化成Response对象，返回给客户端。

2.3. Tomcat 系统总体架构

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，负责网络字节流和Request/Response对象的转化；
• 容器：负责内部处理，加载和管理Servlet，以及具体请求的处理。

3. Tomcat 连接器组件 Coyote

3.1. Coyote简介

Coyote是Tomcat连接器组件的名称，是对外的接口。客户端通过Coyote与服务端建立连接、发送请求并接受响应。

Coyote负责的是具体协议（应用层）和IO（传输层）的相关内容：

• 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）与具体的请求协议和IO操作方式完全解耦
• Coyote将Socket输入转化封装为Request对象，进一步交给Catalina容器处理，处理完成后，Catalina容器通过Coyote提供的Response对象将结果写入输出流

Tomcat （Coyote）支持多种应用层协议和I/O模型：

在8、0版本之前，Tomcat默认采用的I/O模型是BIO，8.0版本之后，改为NIO。

3.2. Coyote内部组件及流程

Coyote内部各组件的作用：

4. Tomcat Servlet 容器 Catalina

4.1. Tomcat模块分层结构图和Catalina的地位

Tomcat是由一系列可配置（conf/server.xml）的组件构成的Web容器，而Catalina是Tomcat的Servlet容器。

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。

4.2. Servlet 容器 Catalina 的结构

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(Service)，每个服务(Service)⼜可以有多个Connector和⼀个Container。

• Catalina

  负责解析Tomcat的配置文件（server.xml），以此来创建Server组件并进行管理

• Server

  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

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。

• 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

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