服務(wù)器還得靠它，全網(wǎng)最簡(jiǎn)單Tomcat原理教程

時(shí)間：2023-06-29 09:27:01 | 來(lái)源：網(wǎng)站運(yùn)營(yíng)

時(shí)間：2023-06-29 09:27:01 來(lái)源：網(wǎng)站運(yùn)營(yíng)

服務(wù)器還得靠它，全網(wǎng)最簡(jiǎn)單Tomcat原理教程：Apache Tomcat：

作為目前比較流行的一種服務(wù)器容器已經(jīng)被廣泛用于后臺(tái)服務(wù)器的搭建、后臺(tái)集成框架的嵌入（如SpringBoot），不同于Apache、Nginx本身（注意是本身，其實(shí)可以搭配后臺(tái)腳本實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)網(wǎng)頁(yè)）僅僅支持靜態(tài)網(wǎng)頁(yè)，由于Tomcat其實(shí)是一種Servlet規(guī)范的實(shí)現(xiàn)，而Servlet又支持JSP，所以Tomcat實(shí)際上是完美支持動(dòng)態(tài)頁(yè)面的渲染的。了解Tomcat的工作原理，有助于了解實(shí)際的后臺(tái)服務(wù)器是采用什么策略邏輯來(lái)實(shí)現(xiàn)的。網(wǎng)上有好多文章談及模塊組成、源碼解讀，但就我個(gè)人而言并不是很好理解，本篇文章嘗試用最淺顯的邏輯，一步一步闡述它的的設(shè)計(jì)原理。

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好了，如果你已經(jīng)學(xué)習(xí)了基礎(chǔ)的Java多線程、Java網(wǎng)絡(luò)編程，讓你設(shè)計(jì)一個(gè)Http服務(wù)器你會(huì)怎么做？

1、初始化一個(gè)serversocket

2、監(jiān)聽客戶端連接，并通過(guò)accept創(chuàng)建客戶端socket

3、解析socket流，并構(gòu)造響應(yīng)數(shù)據(jù)

于是你的結(jié)構(gòu)圖是這樣的:

這是最簡(jiǎn)單的模型，在這個(gè)模型里所有的Socket創(chuàng)建、連接、流操作都在一個(gè)模塊里，但是Tomcat實(shí)際上為了多協(xié)議（不僅僅是Http，還包括AJP等），所以為了使特定協(xié)議與Server解耦合，Tomcat的設(shè)計(jì)者把連接和流操作分離開來(lái)，并讓Server分別持有連接、流操作，于是結(jié)構(gòu)圖變成了這樣：

其中一個(gè)啟動(dòng)中的Server就是一個(gè)Tomcat應(yīng)用程序?qū)嵗?，一個(gè)Server可以有多個(gè)Connector以管理多個(gè)連接協(xié)議，所以也可以持有不同的對(duì)應(yīng)的Engine來(lái)進(jìn)行流處理。但是這里有個(gè)問(wèn)題就是，N個(gè)Connector是如何對(duì)應(yīng)到M個(gè)Engine處理器以實(shí)現(xiàn)特定的連接交給特定的流處理器來(lái)執(zhí)行任務(wù)呢？為了解決這個(gè)問(wèn)題，Tomcat設(shè)計(jì)了Service模塊，并變成了下面的結(jié)構(gòu)圖模型：

其中一個(gè)Service模塊維護(hù)多個(gè)Connector形成Connector集合并對(duì)應(yīng)一個(gè)Engine，而一個(gè)Server可以有多個(gè)Service！至此，一個(gè)Tomcat基礎(chǔ)模型就構(gòu)建完成了，后續(xù)所有的功能模塊、線程設(shè)計(jì)均基于這個(gè)模型構(gòu)建！我們首先要看的是Engine模塊，在流處理中依然有很多問(wèn)題要解決！第一個(gè)問(wèn)題，如果我這臺(tái)主機(jī)提供多個(gè)域名服務(wù)，這時(shí)我們?cè)L問(wèn)不同的域名其實(shí)就得交由不同的應(yīng)用邏輯來(lái)處理，但是如果Engine只有一個(gè)（我們當(dāng)然可以創(chuàng)建多個(gè)Service進(jìn)而實(shí)現(xiàn)多個(gè)Engine，最簡(jiǎn)單的方法就是再啟動(dòng)一個(gè)Tomcat），那么就必須在請(qǐng)求到達(dá)Engine后執(zhí)行分配邏輯，來(lái)處理不同的域名下的服務(wù)，Tomcat設(shè)計(jì)了虛擬主機(jī)的模塊來(lái)執(zhí)行這個(gè)功能，關(guān)于虛擬主機(jī)是這樣的一個(gè)概念：

在一臺(tái)Tomcat服務(wù)器中可以同時(shí)管理多個(gè)站點(diǎn)，即可以將多個(gè)站點(diǎn)配置在同一臺(tái)Tomcat服務(wù)器上，而對(duì)于用戶（瀏覽器）而言，是不知道具體哪些網(wǎng)站是布置在同一臺(tái)Tomcat（服務(wù)器）之上的，對(duì)于用戶（瀏覽器）而言，每個(gè)站點(diǎn)都像是運(yùn)行在各自獨(dú)立的服務(wù)器上。此時(shí)每個(gè)網(wǎng)站就是運(yùn)行在同一臺(tái)這是服務(wù)器中各自對(duì)應(yīng)的虛擬主機(jī)上。此時(shí)，簡(jiǎn)單的理解，每個(gè)網(wǎng)站就可以認(rèn)為是一個(gè)虛擬主機(jī)。

添加了虛擬主機(jī)的模塊，Tomcat于是就變成了下面的結(jié)構(gòu)模型：

當(dāng)請(qǐng)求過(guò)來(lái)的時(shí)候，會(huì)通過(guò)解析當(dāng)前請(qǐng)求的域名來(lái)處理不同Hosts的數(shù)據(jù)流，所以一個(gè)Engine可以管理多個(gè)Hosts！第二個(gè)問(wèn)題，我們一直強(qiáng)調(diào)“流處理”，其實(shí)流處理就是根據(jù)當(dāng)前上下文的所有變量來(lái)實(shí)現(xiàn)Web應(yīng)用的功能邏輯罷了，如socket、session、cookie等等，這些都是在一個(gè)流程處理中的所有有用變量或者對(duì)象，而且這些對(duì)象會(huì)在不同類之間相互調(diào)用，那么如何保證這些變量或者對(duì)象可以靈活的獲取和構(gòu)造并保證一致性，Tomcat于是設(shè)計(jì)了context組件，于是，就有了下面的模型：

這里的context其實(shí)就是ServletContext，實(shí)際上一個(gè)ServletContex就是代表了一個(gè)Web應(yīng)用！所以一個(gè)Host下顯然可以有不同的Web應(yīng)用，即一個(gè)Host可以擁有多個(gè)context！因?yàn)檫@里我們談及了Servlet，上文也說(shuō)過(guò)Tomcat其實(shí)就是Servlet的規(guī)范實(shí)現(xiàn)，所以一個(gè)Web應(yīng)用自然可以包含多個(gè)Servlet，Tomcat中定義為Wrapper，于是就有了下面的模型圖：

Servlet的加載時(shí)通過(guò)反射的形式加載的，因?yàn)楫?dāng)我們創(chuàng)建Http服務(wù)器的時(shí)候，我們所有的Servlet都是繼承HttpServlet,這樣當(dāng)讀取web.xml文件的時(shí)候就可以按照類似下面的代碼構(gòu)建我們創(chuàng)建的Servlet：

HttpServlet httpServlet = (HttpServlet) Class.forName(“自定義Servlet的包路徑”).newInstance();

至此，關(guān)于Engine部分的內(nèi)容基本構(gòu)造完成，但是Tomcat設(shè)計(jì)時(shí)為了統(tǒng)一管理右側(cè)的這些組件，實(shí)際把他們抽象成了一個(gè)被稱為container的組件，使得四個(gè)組件都繼承這個(gè)container，也就是我們說(shuō)的容器概念，然后統(tǒng)一管理各個(gè)組件的聲明周期！于是的Tomcat模型可以擴(kuò)充成這樣：

這里變成虛線，是為了體現(xiàn)各個(gè)組件實(shí)際上是由父類Container容器實(shí)現(xiàn)的“弱依賴”關(guān)系，把原先的實(shí)現(xiàn)改為了虛線！至此我們看到一個(gè)較為完整的組件關(guān)系圖，于是你們見到最多的關(guān)于Tomcat的結(jié)構(gòu)圖就是下面一幅：

這個(gè)架構(gòu)圖展示了上述Tomcat的核心組件，并表示出了各個(gè)組件間的組合關(guān)系：一個(gè)Server包含多個(gè)Service，一個(gè)Service包含多個(gè)Connector形成的一個(gè)集合，并對(duì)應(yīng)一個(gè)Container組件！

接下來(lái)，我們?cè)撎接慍onnector組件的實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)！

我們提到Connector組件可以支持不同的協(xié)議，默認(rèn)是Http和AJP，實(shí)際上Connector還支持不同的I/O模型：如BIO、NIO、APR等等，所以如何針對(duì)不同類型的連接方式來(lái)建立客戶端的通信，Tomcat設(shè)計(jì)了被稱為協(xié)議處理器的上層組件：ProtocolHandler，如ProtocolHandler包含又包含兩個(gè)組件，一個(gè)是抽象的AbstractEndpoint，用于實(shí)現(xiàn)不同的協(xié)議、I/O模型。NioEndpoint指代非阻塞式SocketIO，另外還包含Processer組件用于實(shí)際的對(duì)應(yīng)容器的邏輯處理；于是就出現(xiàn)了類似Http11NioProtocol這樣的實(shí)現(xiàn)來(lái)處理支持Http1.1和NIO的連接方式，這樣我們的模型圖就變成了這樣：

這里面我們忽略一個(gè)上述文章中重要的一個(gè)組件功能：Service。這個(gè)組件如文章所述是建立Connector和Container（我們前文說(shuō)的是Engine，但是注意自從建立了Container組件，實(shí)際上Engine等四個(gè)組件被統(tǒng)稱為Container組件的子組件）的重要橋梁，所以實(shí)際上談?wù)揅onnector就必須談?wù)摰木褪荢ervice是如何實(shí)現(xiàn)兩者的映射關(guān)系的！當(dāng)Processor讀取請(qǐng)求信息后需要按照請(qǐng)求的信息映射到相應(yīng)的容器來(lái)處理，這里的映射信息是由Service的Maper和MaperListener來(lái)實(shí)現(xiàn)的，這里使用了觀察者模式來(lái)監(jiān)聽客戶端的連接并注冊(cè)到Maper中，后續(xù)只需要根據(jù)Maper維護(hù)的映射信息即可找到對(duì)應(yīng)的容器。實(shí)際上為了實(shí)現(xiàn)Connector和Service的解耦運(yùn)用了適配器模式，所以Processor的一個(gè)默認(rèn)適配器實(shí)現(xiàn)被稱為CoyoteAdapter；我們的模型圖變成了下面的結(jié)構(gòu)：

但是Tomcat整合的考慮更多：既然可以由Container來(lái)統(tǒng)一表示這4個(gè)組件，那么圖中所有的組件其實(shí)都包含啟動(dòng)、停止等各個(gè)生命周期，為了高效的管理個(gè)組件的運(yùn)行，我們有必要把所有的組件在抽象成一個(gè)更通用的組件來(lái)進(jìn)行統(tǒng)一的管理，這里Tomcat設(shè)計(jì)了Lifecycle組件，于是實(shí)際的Tomcat變成了下面的模型結(jié)構(gòu)圖：

至此，一個(gè)基本的Tomcat模型就創(chuàng)造出來(lái)了！