一、Tomcat工作原理
1. TCP的三次握手四次揮手
三次握手：
說明：
類比于A和B打電話：
A對B說：你好，我是A,你能聽到我說話嗎？
B對A說：嗯，我能聽到你說話
A對B說：好，那我們開始聊天吧
在服務器上使用如下命令能看到當前服務器的連接情況
netstat -n | awk '/^tcp/ {++S[$NF]} END {for(a in S) print a, S[a]}'
返回結果說明：
LAST_ACK 5 （正在等待處理的請求數(shù)）
SYN_RECV 30
ESTABLISHED 1597 （正常數(shù)據(jù)傳輸狀態(tài)）
FIN_WAIT1 51
FIN_WAIT2 504
TIME_WAIT 1057 （處理完畢，等待超時結束的請求數(shù)）
四次揮手：
說明：
同樣用A和B打電話來說明：
A對B說：我說完了，我要掛電話了
B對A說：等一下，我還沒說完
B繼續(xù)對A說：我說完了，你可以掛電話了
A對B說：好，我掛電話了
其他參數(shù)說明：
CLOSED：無連接是活動的或正在進行
LISTEN：服務器在等待進入呼叫
SYN_RECV：一個連接請求已經(jīng)到達，等待確認
SYN_SENT：應用已經(jīng)開始，打開一個連接
ESTABLISHED：正常數(shù)據(jù)傳輸狀態(tài)
FIN_WAIT1：應用說它已經(jīng)完成
FIN_WAIT2：另一邊已同意釋放
ITMED_WAIT：等待所有分組死掉
CLOSING：兩邊同時嘗試關閉
TIME_WAIT：另一邊已初始化一個釋放
LAST_ACK：等待所有分組死掉
2. Tomcat內(nèi)部結構
上圖說明：
?server：指的是整個應用的上下文， 也是最頂層的容器，tomcat中所有的東西都在這個server里邊。
?service：指的是一個服務，主要的功能是把connector組件和engine組織起來，使得通過connector組件與整個容器通訊的應用可以使用engine提供的服務。
?engine：服務引擎，這個可以理解為一個真正的服務器，內(nèi)部提供了多個虛擬主機對外服務。
?host：虛擬主機，每一個虛擬主機相當于一臺服務器，并且內(nèi)部可以部署多個應用，每個虛擬主機可以綁定一個域名，并指定多個別名。
?context：應用上下文，每一個webapp都有一個單獨的context，也可以理解為每一個context代表一個webapp。
?connector：連接器組件，可以配置多個連接器支持多種協(xié)議，如http，APJ 等
組件說明：
Tomcat常見組件：
?服務器(server)：Tomcat的一個實例，通常一個JVM只能包含一個Tomcat實例；因此，一臺物理服務器上可以在啟動多個JVM的情況下在每一個JVM中啟動一個Tomcat實例，每個實例分屬于一個獨立的管理端口。這是一個頂級組件。
?服務(service)：一個服務組件通常包含一個引擎和與此引擎相關聯(lián)的一個或多個連接器。給服務命名可以方便管理員在日志文件中識別不同服務產(chǎn)生的日志。一個server可以包含多個service組件，但通常情下只為一個service指派一個server。
連接器類組件：
?連接器(connectors)：負責連接客戶端（可以是瀏覽器或Web服務器）請求至Servlet容器內(nèi)的Web應用程序，通常指的是接收客戶發(fā)來請求的位置及服務器端分配的端口。默認端口通常是HTTP協(xié)議的8080，管理員也可以根據(jù)自己的需要改變此端口。還可以支持HTTPS ，默認HTTPS端口為8443。同時也支持AJP，即（A）一個引擎可以配置多個連接器，但這些連接器必須使用不同的端口。默認的連接器是基于HTTP/1.1的Coyote。同時，Tomcat也支持AJP、JServ和JK2連接器。
容器類組件：
?引擎(Engine)：引擎通是指處理請求的Servlet引擎組件，即Catalina Servlet引擎，它檢查每一個請求的HTTP首部信息以辨別此請求應該發(fā)往哪個host或context，并將請求處理后的結果返回的相應的客戶端。嚴格意義上來說，容器不必非得通過引擎來實現(xiàn)，它也可以是只是一個容器。如果Tomcat被配置成為獨立服務器，默認引擎就是已經(jīng)定義好的引擎。而如果Tomcat被配置為Apache Web服務器的提供Servlet功能的后端，默認引擎將被忽略，因為Web服務器自身就能確定將用戶請求發(fā)往何處。一個引擎可以包含多個host組件。
?主機(Host)：主機組件類似于Apache中的虛擬主機，但在Tomcat中只支持基于FQDN的“虛擬主機”。一個引擎至少要包含一個主機組件。
?上下文(Context)：Context組件是最內(nèi)層次的組件，它表示W(wǎng)eb應用程序本身。配置一個Context最主要的是指定Web應用程序的根目錄，以便Servlet容器能夠將用戶請求發(fā)往正確的位置。Context組件也可包含自定義的錯誤頁，以實現(xiàn)在用戶訪問發(fā)生錯誤時提供友好的提示信息。
被嵌套類(nested)組件：
這類組件通常包含于容器類組件中以提供具有管理功能的服務，它們不能包含其它組件，但有些卻可以由不同層次的容器各自配置。
?閥門(Valve)：用來攔截請求并在將其轉至目標之前進行某種處理操作，類似于Servlet規(guī)范中定義的過濾器。Valve可以定義在任何容器類的組件中。Valve常被用來記錄客戶端請求、客戶端IP地址和服務器等信息，這種處理技術通常被稱作請求轉儲(request dumping)。請求轉儲valve記錄請求客戶端請求數(shù)據(jù)包中的HTTP首部信息和cookie信息文件中，響應轉儲valve則記錄響應數(shù)據(jù)包首部信息和cookie信息至文件中。
?日志記錄器(Logger)：用于記錄組件內(nèi)部的狀態(tài)信息，可被用于除Context之外的任何容器中。日志記錄的功能可被繼承，因此，一個引擎級別的Logger將會記錄引擎內(nèi)部所有組件相關的信息，除非某內(nèi)部組件定義了自己的Logger組件。
?領域(Realm)：用于用戶的認證和授權；在配置一個應用程序時，管理員可以為每個資源或資源組定義角色及權限，而這些訪問控制功能的生效需要通過Realm來實現(xiàn)。Realm的認證可以基于文本文件、數(shù)據(jù)庫表、LDAP服務等來實現(xiàn)。Realm的效用會遍及整個引擎或頂級容器，因此，一個容器內(nèi)的所有應用程序將共享用戶資源。同時，Realm可以被其所在組件的子組件繼承，也可以被子組件中定義的Realm所覆蓋。
二、優(yōu)化思路
1.?網(wǎng)絡優(yōu)化
BIO、NIO、NIO2、APR，也就是阻塞與非阻塞
壓縮gzip、超時配置，防止close_wait過多。
1.1、非阻塞，Tomcat8已經(jīng)取消BIO
四種請求連接模型
HTTP/1.1
org.apache.coyote.http11.Http11Protocol 阻塞模式的連接協(xié)議
org.apache.coyote.http11.Http11NioProtocol 非阻塞模式的連接協(xié)議
org.apache.coyote.http11.Http11Nio2Protocol 非阻塞模式的連接協(xié)議
org.apache.coyote.http11.Http11AprProtocol – 本地連接協(xié)議
1.2、啟用壓縮，消耗CPU，減小網(wǎng)絡傳輸大小
compression="on"
disableUploadTimeout="true"
compressionMinSize="2048"
compressableMimeType="text/html,text/xml,text/plain,text/css,text/javascript,a
pplication/javascript"
URIEncoding="utf-8"
2. 并發(fā)優(yōu)化
最大線程數(shù)
最佳并發(fā)數(shù)。。。
連接數(shù):maxConnections（最大連接數(shù)）
處理線程：maxThreads（操作系統(tǒng)允許多少線程，線程多大會引起切換效能）
等候隊列：acceptCount（排隊數(shù)量）指最大連接數(shù)已經(jīng)滿了的時候允許多少請求排隊
3. 底層優(yōu)化
JVM優(yōu)化
多實例（必須的）
操作系統(tǒng)優(yōu)化
JVM優(yōu)化：固定堆內(nèi)存，多線程并發(fā)收集，對象預留新生代，大對象進入老年代，啟用內(nèi)聯(lián)
多實例：多個tomcat實例在一臺機上
操作系統(tǒng)優(yōu)化：網(wǎng)絡參數(shù)，線程數(shù)，關閉IPV6，最大文件數(shù)
Linux服務器每進程不允許超過1000個線程，據(jù)說6、700線程服務器切換線程就慢下來
命令：ps -eLf | grep java | wc –l? 可以查看當前啟動的java進程里面有多少個線程
Linux線程棧大小是8M，可以使用ulimit –s設置
三、優(yōu)化實戰(zhàn)
1. 優(yōu)化tomcat.conf配置文件
/etc/tomcat/tomcat.conf文件修改JAVA_OPTS
JAVA_OPTS=“-server –Xmx2048m–Xms2048m –Xmn768m - XX:TargetSurvivorRatio=90 -XX:PetenureSizeThreshold=1000000 - XX:MaxTenuringThreshold=30 –XX:+UseParallelGC
–XX:+UseConcMarkSweepGC –XX:ParallelGCThreads=2"
2. 優(yōu)化server.conf配置文件
/etc/tomcat/server.conf文件修改配置
<Executor name="tomcatThreadPool" namePrefix="catalina-exec-" maxThreads="500" //最大并發(fā)數(shù)，默認設置 200，一般建議在 500 ~ 800，根據(jù)硬件設施和業(yè)務來判斷
minSpareThreads="100" //Tomcat 初始化時創(chuàng)建的線程數(shù)，默認設置 25
prestartminSpareThreads = "true"http://在 Tomcat 初始化的時候就初始化 minSpareThreads 的參數(shù)值，如果不等于 true，minSpareThreads 的值就無效
maxQueueSize = "100"http://最大的等待隊列數(shù)，超過則拒絕請求 />
<Connector executor="tomcatThreadPool" port="8080"
protocol="org.apache.coyote.http11.Http11Nio2Protocol" //Tomcat 8 設置 nio2 更好，Tomcat 6 、7設置nio更好：org.apache.coyote.http11.Http11NioProtocol
connectionTimeout="20000"
minSpareThreads="100" maxSpareThreads="1000"最大處理連接數(shù)線程
minProcessors="100“同時處理請求的最小數(shù)
maxProcessors=“1000”同時處理請求的最大數(shù)
maxConnections="1000" redirectPort="8443"
enableLookups="false" //禁用DNS查詢 acceptCount="100" //指定當所有可以使用的處理請求的線程數(shù)都被使用時，可以放到處理隊列中的請求數(shù)，超過這個數(shù)的請求將不予處理，默認設置 100
maxPostSize="10485760" //以 FORM URL 參數(shù)方式的 POST 提交方式，限制提交最大的大小，默認是2097152(2兆)，它使用的單位是字節(jié)。10485760 為 10M。如果要禁用限制，則可以設置為 -1。
compression="on" disableUploadTimeout="true" compressionMinSize="2048"
acceptorThreadCount="2" //用于接收連接的線程的數(shù)量，默認值是1。一般這個指需要改動的時候是因為該服務器是一個多核CPU，如果是多核CPU一般配置為 2.
compressableMimeType="text/html,text/xml,text/plain,text/css,text/javascript,application/ja
vascript" URIEncoding="utf-8" keepAliveTimeout="0"
關閉shutdown端口：<Server port="-1" shutdown="SHUTDOWN">
關閉ajp連接：注釋<Connector port="8009" protocol="AJP/1.3" redirectPort="8443" />
取消訪問日志Valve閥門
<Valve className="org.apache.catalina.valves.AccessLogValve" directory="logs"
prefix="localhost_access_log." suffix=".txt"
pattern="%h %l %u %t "%r" %s %b" />
/>
圖示：
3. linux內(nèi)核優(yōu)化
3.1 linux 默認值 open files 和 max user processes 為 1024
#ulimit -n
1024
#ulimit –u
1024
問題描述：
說明server只允許同時打開1024個文件，處理1024個用戶進程，使用ulimit -a 可以查看當前系統(tǒng)的所有限制值，使用ulimit -n可以查看當前的最大打開文件數(shù)。新裝的linux 默認只有1024，當作負載較大的服務器時，很容易遇到error: too many open files 。
解決方法：
使用 ulimit –n 65535 可即時修改，但重啟后就無效了。
有如下三種修改方式：
在/etc/security/limits.conf 最后增加：
* soft nofile 65535
* hard nofile 65535
* soft nproc 65535
* hard nproc 65535
3.2 其他的linux配置優(yōu)化
net.ipv4.tcp_syncookies = 1 開啟SYN Cookies。當出現(xiàn)SYN等待隊列溢出時，啟用cookies來處理，可防范少量SYN攻擊；
net.ipv4.tcp_tw_reuse = 1 開啟重用。允許將TIME-WAIT sockets重新用于新的TCP連接，默認為0
net.ipv4.tcp_tw_recycle = 1 開啟TCP連接中TIME-WAIT sockets的快速回收，默認為0，表示關閉。
net.ipv4.tcp_fin_timeout = 30 如果套接字由本端要求關閉，它決定了它保持在FIN-WAIT-2狀態(tài)的時間。
net.ipv4.tcp_keepalive_time = 1200 當keepalive起用的時候，TCP發(fā)送keepalive消息的頻度。缺省是2小時
net.ipv4.tcp_keepalive_intvl = 30
net.ipv4.tcp_keepalive_probes = 3 probe 3次(每次30秒)不成功,內(nèi)核才徹底放棄。
tcp_keepalive_time = 7200 seconds (2 hours)
tcp_keepalive_probes = 9
tcp_keepalive_intvl = 75 seconds
net.ipv4.ip_local_port_range = 1024 65000 用于向外連接的端口范圍。缺省情況下很?。?2768到61000，改為1024到65000。
net.ipv4.tcp_max_syn_backlog = 8192 SYN隊列的長度，默認為1024，加大隊列長度為8192，可以容納更多等待連接的網(wǎng)絡連接數(shù)。
net.ipv4.netdev_max_backlog = 1000 表示進入包的最大設備隊列，默認300，改大
net.core.tcp_max_tw_buckets = 5000 系統(tǒng)同時保持TIME_WAIT套接字的最大數(shù)量，如果超過這個數(shù)字，TIME_WAIT套接字將立刻被清除并打印警告信息。默認為180000，改為 5000。
另外可以參考優(yōu)化內(nèi)核配置：
/proc/sys/net/core/wmem_max 最大socket寫buffer,可參考的優(yōu)化值:873200
/proc/sys/net/core/rmem_max 最大socket讀buffer,可參考的優(yōu)化值:873200
/proc/sys/net/ipv4/tcp_wmem TCP寫buffer,可參考的優(yōu)化值: 8192 436600 873200
/proc/sys/net/ipv4/tcp_rmem TCP讀buffer,可參考的優(yōu)化值: 32768 436600 873200
/proc/sys/net/ipv4/tcp_mem
同樣有3個值,意思是:配置單位為頁，不是字節(jié)
net.ipv4.tcp_mem[0]:低于此值,TCP沒有內(nèi)存壓力. 786432
net.ipv4.tcp_mem[1]:在此值下,進入內(nèi)存壓力階段. 1048576
net.ipv4.tcp_mem[2]:高于此值,TCP拒絕分配socket. 1572864
/proc/sys/net/core/somaxconn 256
listen()的默認參數(shù),掛起請求的最大數(shù)量.默認是128.對繁忙的服務器,增加該值有助于網(wǎng)絡性能.
/proc/sys/net/core/optmem_max socket buffer的最大初始化值,默認10K.
/proc/sys/net/ipv4/tcp_retries2 TCP失敗重傳次數(shù),默認值15.減少到5,以盡早釋放內(nèi)核資源.
net.core.somaxconn = 32768 socket監(jiān)聽（listen）的backlog上限，是socket的監(jiān)聽隊列。比如nginx定義
NGX_LISTEN_BACKLOG默認到511
4. nginx優(yōu)化
1. worker_processes 8;nginx 進程數(shù)，建議按照cpu 數(shù)目來指定，一般為它的倍數(shù) (如,2個四核的cpu計為8)。
2. worker_cpu_affinity 00000001 00000010 00000100 00001000 00010000 00100000 01000000 10000000;為每個進程分配cpu，上例中將8個進程分配到8個cpu，當然可以寫多個，或者將一個進程分配到多個cpu。
3. worker_rlimit_nofile 65535;這個指令是指當一個nginx 進程打開的最多文件描述符數(shù)目，理論值應該是最多打開文件數(shù)（ulimit -n）與nginx進程數(shù)相除，但是nginx分配請求并不是那么均勻，所以最好與ulimit -n 的值保持一致。
查看linux系統(tǒng)文件描述符的方法：
[root@web001 ~]# sysctl -a | grep fs.file
fs.file-max = 789972
fs.file-nr = 510 0 789972
4. use epoll; 使用epoll 的I/O 模型
5. worker_connections 65535;每個進程允許的最多連接數(shù)，理論上每臺nginx 服務器的最大連接數(shù)為worker_processes*worker_connections。
6. keepalive_timeout 60;keepalive 超時時間。
7. client_header_buffer_size 4k;客戶端請求頭部的緩沖區(qū)大小，這個可以根據(jù)你的系統(tǒng)分頁大小來設置，一般一個請求頭的大小不會超過1k，不過由于一般系統(tǒng)分頁都要大于1k，所以這里設置為分頁大小。分頁大小可以用命令getconf PAGESIZE 取得。
[root@web001 ~]# getconf PAGESIZE
4096
但也有client_header_buffer_size超過4k的情況，但是client_header_buffer_size該值必須設置為“系統(tǒng)分頁大小”的整倍數(shù)。
8. open_file_cache max=65535 inactive=60s;這個將為打開文件指定緩存，默認是沒有啟用的，max 指定緩存數(shù)量，建議和打開文件數(shù)一致，inactive 是指經(jīng)過多長時間文件沒被請求后刪除緩存。
9. open_file_cache_valid 80s;這個是指多長時間檢查一次緩存的有效信息。
10. open_file_cache_min_uses 1;open_file_cache 指令中的inactive 參數(shù)時間內(nèi)文件的最少使用次數(shù)，如果超過這個數(shù)字，文件描述符一直是在緩存中打開的，如上例，如果有一個文件在inactive 時間內(nèi)一次沒被使用，它將被移除。
四、集群優(yōu)化
當線程數(shù)達到250以上，考慮群集部署，集群部署需要考慮的兩個問題：Tomcat部署和session共享，Tomcat<4時，可用tomcat內(nèi)部的集群session共享，否則采用redis方式集群
集群部署原理圖：
redis實現(xiàn)session共享的原理
Redis實現(xiàn)seesion共享的步驟如下：
1.?下載以下包放到tomcat的lib目錄下
TomcatRedisSessionManager-1.1 .jar
Jredis-2.8.0.jar
Commons-logging-1.2.jar
Commons-pool2-2.4.1.jar
2. 在tomcat里面增加如下配置
<Valve className="tomcat.request.session.redis.RequestSessionHandlerValve"/>
<Manager className="tomcat.request.session.redis.RequestSessionManager"/>
?創(chuàng)建一個redis的配置文件redis-data-cache.properties，放在conf.d目錄
redis.hosts=127.0.0.1:6379
redis.cluster.enabled=false
#- redis database (default 0)
#redis.database=0
#- redis connection timeout (default 2000)
#redis.timeout=2000
五、壓力測試
Ab測試
吞吐率（Requests per second）：總請求數(shù) / 處理完成這些請求數(shù)所花費的時間
并發(fā)連接數(shù)（The number of concurrent users，Concurrency Level）：一個用戶可能同時會產(chǎn)生多個會話，也即連接數(shù)
用戶平均請求等待時間（Time per request）：處理完成所有請求數(shù)所花費的時間/ （總請求數(shù) / 并發(fā)用戶數(shù)）
服務器平均請求等待時間（Time per request: across all concurrent?requests）計 算 公 式 ： 處 理 完 成 所 有 請 求 數(shù) 所 花 費 的 時 間 / 總 請 求 數(shù)
使用示例：
ab –n 1000 –c 100 url/
如果只用到一個Cookie，那么只需鍵入命令：
ab －n 100 －C key＝value http://test.com/
如果需要多個Cookie，就直接設Header：
ab -n 100 -H “Cookie: Key1=Value1; Key2=Value2” http://test.com/
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