一、簡介

Tomcat服務(wù)器是一個免費的開放源碼的Web應(yīng)用服務(wù)器，目前是應(yīng)用比較廣泛的。

從Tomcat的7.0版本開始支持Servlet3.0規(guī)范規(guī)范，可以支持我們開發(fā)過程中不再配置web.xml。

瀏覽器訪問服務(wù)器的流程

瀏覽器訪問服務(wù)器使用的是http協(xié)議，http是應(yīng)用層協(xié)議，用于定義數(shù)據(jù)通信的格式，具體的數(shù)據(jù)傳輸使用的是TCP/IP協(xié)議。

• 1、用戶向瀏覽器發(fā)起http請求。
• 2、瀏覽器接收到用戶請求，向服務(wù)器發(fā)起TCP連接請求。
• 3、服務(wù)器接收到瀏覽器請求，并建立TCP連接。
• 4、瀏覽器生成HTTP數(shù)據(jù)包，向服務(wù)器發(fā)送數(shù)據(jù)包。
• 5、服務(wù)器收到瀏覽器發(fā)送過來的數(shù)據(jù)包必能解析，執(zhí)行請求對應(yīng)的具體邏輯，將返回數(shù)據(jù)組裝成http格式包并返回。
• 6、瀏覽器接收到服務(wù)器返回的http的數(shù)據(jù)包，解析http數(shù)據(jù)包，通過瀏覽器將相應(yīng)靜態(tài)資源呈現(xiàn)給用戶。

• 1、用戶通過瀏覽器進行了一個操作，比如輸入網(wǎng)址并回車，或者是點擊鏈接，接著瀏覽 器獲取了這個事件。
• 2、瀏覽器向服務(wù)端發(fā)出TCP連接請求。
• 3、服務(wù)程序接受瀏覽器的連接請求，并經(jīng)過TCP三次握手建立連接。
• 4、瀏覽器將請求數(shù)據(jù)打包成一個HTTP協(xié)議格式的數(shù)據(jù)包。
• 5、瀏覽器將該數(shù)據(jù)包推入網(wǎng)絡(luò)，數(shù)據(jù)包經(jīng)過網(wǎng)絡(luò)傳輸，最終達到端服務(wù)程序。
• 6、服務(wù)端程序拿到這個數(shù)據(jù)包后，同樣以HTTP協(xié)議格式解包，獲取到客戶端的意圖。
• 7、得知客戶端意圖后進行處理，比如提供靜態(tài)文件或者調(diào)用服務(wù)端程序獲得動態(tài)結(jié)果。
• 8、服務(wù)器將響應(yīng)結(jié)果（可能是HTML或者圖片等）按照HTTP協(xié)議格式打包。
• 9、服務(wù)器將響應(yīng)數(shù)據(jù)包推入網(wǎng)絡(luò)，數(shù)據(jù)包經(jīng)過網(wǎng)絡(luò)傳輸最終達到到瀏覽器。
• 10、瀏覽器拿到數(shù)據(jù)包后，以HTTP協(xié)議的格式解包，然后解析數(shù)據(jù)，假設(shè)這里的數(shù)據(jù)是 HTML。
• 11、瀏覽器將HTML文件展示在頁面上。

那我們想要探究的Tomcat作為一個HTTP服務(wù)器，主要是接受連接、解析請求數(shù)據(jù)、處理請求和發(fā)送響應(yīng)這幾個步驟。

Http服務(wù)器請求處理

瀏覽器發(fā)給服務(wù)端的是一個HTTP格式的請求，HTTP服務(wù)器收到這個請求后，需要調(diào)用服務(wù)端程序來處理，所謂的服務(wù)端程序就是寫的Java類，一般來說不同的請求需要由不同 的Java類來處理。

HTTP服務(wù)器不直接調(diào)用業(yè)務(wù)類，而是把請求交給容器來處理，容器通過Servlet接口調(diào)用業(yè)務(wù)類。因此Servlet接口和Servlet容器的出現(xiàn)，達到了HTTP服務(wù)器與 業(yè)務(wù)類解耦的目的。而Servlet接口和Servlet容器這一整套規(guī)范叫作Servlet規(guī)范。 Tomcat按照Servlet規(guī)范的要求實現(xiàn)了Servlet容器，同時它們也具有HTTP服務(wù)器的功能。作為Java程序員，如果我們要實現(xiàn)新的業(yè)務(wù)功能，只需要實現(xiàn)一個Servlet，并把它注冊到Tomcat（Servlet容器）中，剩下的事情就由Tomcat幫我們處理了。

Servlet容器工作流程

為了解耦，HTTP服務(wù)器不直接調(diào)用Servlet，而是把請求交給Servlet容器來處理。當(dāng)客戶請求某個資源時，HTTP服務(wù)器會用一個ServletRequest對象把客戶的請求信息封 裝起來，然后調(diào)用Servlet容器的service方法，Servlet容器拿到請求后，根據(jù)請求的URL 和Servlet的映射關(guān)系，找到相應(yīng)的Servlet，如果Servlet還沒有被加載，就用反射機制創(chuàng) 建這個Servlet，并調(diào)用Servlet的init方法來完成初始化，接著調(diào)用Servlet的service方法 來處理請求，把ServletResponse對象返回給HTTP服務(wù)器，HTTP服務(wù)器會把響應(yīng)發(fā)送給 客戶端。

二、Tomcat整體架構(gòu)

我們知道如果要設(shè)計一個系統(tǒng)，首先是要了解需求，我們已經(jīng)了解了Tomcat要實現(xiàn)兩個核心功能：

• 1、處理Socket連接，負(fù)責(zé)網(wǎng)絡(luò)字節(jié)流與Request和Response對象的轉(zhuǎn)化。
• 2、加載和管理Servlet，以及具體處理Request請求。

因此Tomcat設(shè)計了兩個核心組件連接器（Connector）和容器（Container）來分別做這兩件事情。連接器負(fù)責(zé)對外交流，容器負(fù)責(zé)內(nèi)部處理。

2.1、Tomcat連接器組件Coyote

2.1.1、連接器 - Coyote

Coyote 是Tomcat的連接器框架的名稱 , 是Tomcat服務(wù)器提供的供客戶端訪問的外部接口?？蛻舳送ㄟ^Coyote與服務(wù)器建立連接、發(fā)送請求并接受響應(yīng) 。

• 1、Coyote 封裝了底層的網(wǎng)絡(luò)通信（Socket 請求及響應(yīng)處理），為Catalina 容器提供了統(tǒng)一 的接口，使Catalina 容器與具體的請求協(xié)議及IO操作方式完全解耦。
• 2、Coyote 將Socket 輸 入轉(zhuǎn)換封裝為 Request 對象，交由Catalina 容器進行處理，處理請求完成后，Catalina 通 過Coyote 提供的Response 對象將結(jié)果寫入輸出流 。
• 3、Coyote 作為獨立的模塊，只負(fù)責(zé)具體協(xié)議和IO的相關(guān)操作，與Servlet 規(guī)范實現(xiàn)沒有直接關(guān)系，因此即便是Request 和 Response 對象也并未實現(xiàn)Servlet規(guī)范對應(yīng)的接口，而是在Catalina中將他們進一步封裝為ServletRequest和ServletResponse 。

2.1.2、IO模型與協(xié)議

在Coyote中，Tomcat支持的多種I/O模型和應(yīng)用層協(xié)議，具體包含哪些IO模型和應(yīng)用層協(xié)議，請看下表：
Tomcat 支持的IO模型（自8.5/9.0 版本起，Tomcat 移除了 對 BIO 的支持）：

Tomcat 支持的應(yīng)用層協(xié)議 ：

協(xié)議分層 ：

在 8.0 之前 ， Tomcat 默認(rèn)采用的I/O方式為 BIO ， 之后改為 NIO。 無論 NIO、NIO2 還是 APR， 在性能方面均優(yōu)于以往的BIO。 如果采用APR， 甚至可以達到 Apache HTTP Server 的影響性能。

Tomcat為了實現(xiàn)支持多種I/O模型和應(yīng)用層協(xié)議，一個容器可能對接多個連接器，就好比一個房間有多個門。但是單獨的連接器或者容器都不能對外提供服務(wù)，需要把它們組裝起來才能工作，組裝后這個整體叫作Service組件。這里請你注意，Service本身沒有做什么重要的事情，只是在連接器和容器外面多包了一層，把它們組裝在一起。Tomcat內(nèi)可能有多個Service，這樣的設(shè)計也是出于靈活性的考慮。通過在Tomcat中配置多個Service，可以實現(xiàn)通過不同的端口號來訪問同一臺機器上部署的不同應(yīng)用。

2.1.3、 連接器組件

連接器中的各個組件的作用如下：

EndPoint

• 1、EndPoint ： Coyote 通信端點，即通信監(jiān)聽的接口，是具體Socket接收和發(fā)送處理 器，是對傳輸層的抽象，因此EndPoint用來實現(xiàn)TCP/IP協(xié)議的。
• 2、Tomcat 并沒有EndPoint 接口，而是提供了一個抽象類AbstractEndpoint ， 里面定 義了兩個內(nèi)部類：Acceptor和SocketProcessor。Acceptor用于監(jiān)聽Socket連接請求。 SocketProcessor用于處理接收到的Socket請求，它實現(xiàn)Runnable接口，在Run方法里 調(diào)用協(xié)議處理組件Processor進行處理。為了提高處理能力，SocketProcessor被提交到 線程池來執(zhí)行。而這個線程池叫作執(zhí)行器（Executor)，我在后面的專欄會詳細(xì)介紹 Tomcat如何擴展原生的Java線程池。

Processor

Processor：Coyote 協(xié)議處理接口 ，如果說EndPoint是用來實現(xiàn)TCP/IP協(xié)議的，那么 Processor用來實現(xiàn)HTTP協(xié)議，Processor接收來自EndPoint的Socket，讀取字節(jié)流解 析成Tomcat Request和Response對象，并通過Adapter將其提交到容器處理， Processor是對應(yīng)用層協(xié)議的抽象。

ProtocolHandler

ProtocolHandler： Coyote 協(xié)議接口， 通過Endpoint 和 Processor ， 實現(xiàn)針對具體協(xié) 議的處理能力。Tomcat 按照協(xié)議和I/O 提供了6個實現(xiàn)類 ： AjpNioProtocol ， AjpAprProtocol， AjpNio2Protocol ， Http11NioProtocol ，Http11Nio2Protocol ， Http11AprProtocol。我們在配置tomcat/conf/server.xml 時 ， 至少要指定具體的 ProtocolHandler , 當(dāng)然也可以指定協(xié)議名稱 ， 如 ： HTTP/1.1 ，如果安裝了APR，那么 將使用Http11AprProtocol ， 否則使用 Http11NioProtocol 。

Adapter

由于協(xié)議不同，客戶端發(fā)過來的請求信息也不盡相同，Tomcat定義了自己的Request類 來“存放”這些請求信息。ProtocolHandler接口負(fù)責(zé)解析請求并生成Tomcat Request類。 但是這個Request對象不是標(biāo)準(zhǔn)的ServletRequest，也就意味著，不能用Tomcat Request作為參數(shù)來調(diào)用容器。Tomcat設(shè)計者的解決方案是引入CoyoteAdapter，這是 適配器模式的經(jīng)典運用，連接器調(diào)用CoyoteAdapter的Sevice方法，傳入的是Tomcat Request對象，CoyoteAdapter負(fù)責(zé)將Tomcat Request轉(zhuǎn)成ServletRequest，再調(diào)用容 器的Service方法。

2.3、容器 - Catalina

Tomcat是一個由一系列可配置的組件構(gòu)成的Web容器，而Catalina是Tomcat的servlet容器。Catalina是Servlet容器實現(xiàn)，包含了之前講到的所有的容器組件，以及后續(xù)涉及到 的安全、會話、集群、管理等Servlet 容器架構(gòu)的各個方面。它通過松耦合的方式集成 Coyote，以完成按照請求協(xié)議進行數(shù)據(jù)讀寫。同時，它還包括我們的啟動入口、Shell程 序等。

2.3.1、Catalina依賴關(guān)系

從另一個角度來說，Tomcat本質(zhì)上就是一款Servlet容器，因為Catalina才是Tomcat的核心，其他模塊都是為Catalina提供支撐的。比如：通過Coyote模塊提供連接通信，Jasper模塊提供JSP引擎，Naming提供JNDI服務(wù)，Juli提供日志服務(wù)。

2.3.2、Catalina 結(jié)構(gòu)

Catalina 的主要組件結(jié)構(gòu)如下：

如上圖所示，Catalina負(fù)責(zé)管理Server，而Server表示著整個服務(wù)器。Server下面有多個 服務(wù)Service，每個服務(wù)都包含著多個連接器組件Connector（Coyote 實現(xiàn)）和一個容器 組件Container。在Tomcat 啟動的時候， 會初始化一個Catalina的實例。

Catalina 各個組件的職責(zé)：

2.3.3、 Container結(jié)構(gòu)

Tomcat設(shè)計了4種容器，分別是Engine、Host、Context和Wrapper。這4種容器不是平行關(guān)系，而是父子關(guān)系。， Tomcat通過一種分層的架構(gòu)，使得Servlet容器具有很好的靈 活性。

各個組件的含義 ：

我們也可以再通過Tomcat的server.xml配置文件來加深對Tomcat容器的理解。Tomcat 采用了組件化的設(shè)計，它的構(gòu)成組件都是可配置的，其中最外層的是Server，其他組件按照一定的格式要求配置在這個頂層容器中。

<Server>
    <Service>
        <Connector>
        </Connector>
        <Engine>
            <Host>
                <Context></Context>
            </Host>
        </Engine>
    </Service>
</Server>

這些容器具有父子關(guān)系，形成一個樹形結(jié)構(gòu)，Tomcat通過組合模式來管理這些容器。
具體實現(xiàn)方法是，所有容器組件都實現(xiàn)了Container接口，因此組合模
式可以使得用戶對單容器對象和組合容器對象的使用具有一致性。這里單容器對象指的
是最底層的Wrapper，組合容器對象指的是上面的Context、Host或者Engine。

Container 接口中提供了以下方法（截圖中知識一部分方法） ：

在上面的接口看到了getParent、SetParent、addChild和removeChild等方法。
Container接口擴展了LifeCycle接口，LifeCycle接口用來統(tǒng)一管理各組件的生命周期。

參考：
https://blog.csdn.net/qq_37551917/article/details/119681753

https://www.cnblogs.com/yifengGG/p/13124816.html

https://www.cnblogs.com/prliu/p/14298835.html

https://www.pianshen.com/article/75801608257/

https://www.cnblogs.com/sunlightlee/p/10994281.html