Tomcat学习笔记

Tomcat系统架构

浏览器访问服务器的流程

http请求的处理过程

Tomcat请求处理过程

Tomcat既按照Servlet的规范要求去实现了Servlet容器,同时也具有HTTP服务器的功能

Tomcat Servlet容器处理流程

1.HTTP服务器会将请求信息使用ServletRequest对象封装起来

2.根据URL映射调用Servlet容器中的某个具体的Servlet

3.若Servlet还未加载,则通过反射机制创建Servlet,并调用Servlet的init方法完成初始化

4.调用具体Servlet的service方法来处理请求,请求处理结果使用ServletResponse对象封装

5.将ServletResponse对象返回给HTTP服务器,HTTP服务器会把响应发送给客户端

Tomcat核心组件

根据上面的介绍,可以发现,Tomcat需要实现两个重要的功能

1.与客户端交互.进行请求响应对象转换

2.Servlet容器处理业务逻辑

下面介绍Tomcat的两个核心组件

连接器组件Coyote

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Contalina

负责内部处理,加载和管理Servlet,以及具体处理Request请求

1.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,当一个引擎可以有多个Host

2.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,而一个虚拟主机可以包含多个Context

3.Context

表示一个Web应用程序,一个Web应用可以包含多个Wrapper

4.Wrapper

表示一个Servlet,Wrapper作为容器中的最底层,不能包含子容器

上述组件的配置就体现在conf/server.xml中

Tomcat核心配置

配置说明

核心配置文件在tomcat目录下conf/server.xml

主要标签结构

<!--
 Server 根元素，创建⼀个Server实例，⼦标签有 Listener、GlobalNamingResources、
Service
-->
<Server>
 <!--定义监听器-->
 <Listener/>
 <!--定义服务器的全局JNDI资源 -->
 <GlobalNamingResources/>
 <!--
 定义⼀个Service服务，⼀个Server标签可以有多个Service服务实例
 -->
 <Service/>
</Server>

Server标签

<!--
 port：关闭服务器的监听端⼝
 shutdown：关闭服务器的指令字符串
-->
<Server port="8005" shutdown="SHUTDOWN">
 <!-- 以⽇志形式输出服务器 、操作系统、JVM的版本信息 -->
 <Listener className="org.apache.catalina.startup.VersionLoggerListener" />
 <!-- Security listener. Documentation at /docs/config/listeners.html
 <Listener className="org.apache.catalina.security.SecurityListener" />
 -->
 <!--APR library loader. Documentation at /docs/apr.html -->
 <!-- 加载（服务器启动） 和 销毁 （服务器停⽌） APR。 如果找不到APR库， 则会输出⽇志， 并
不影响 Tomcat启动 -->
 <Listener className="org.apache.catalina.core.AprLifecycleListener"
SSLEngine="on" />
 <!-- Prevent memory leaks due to use of particular java/javax APIs-->
 <!-- 避免JRE内存泄漏问题 -->
 <Listener
className="org.apache.catalina.core.JreMemoryLeakPreventionListener" />
 <!-- 加载（服务器启动） 和 销毁（服务器停⽌） 全局命名服务 -->
 <Listener
className="org.apache.catalina.mbeans.GlobalResourcesLifecycleListener" />
 <!-- 在Context停⽌时重建 Executor 池中的线程， 以避免ThreadLocal 相关的内存泄漏 -->
<Listener
className="org.apache.catalina.core.ThreadLocalLeakPreventionListener" />
 
 
 <!-- Global JNDI resources
 Documentation at /docs/jndi-resources-howto.html
 GlobalNamingResources 中定义了全局命名服务
 -->
 <GlobalNamingResources>
 <!-- Editable user database that can also be used by
 UserDatabaseRealm to authenticate users
 -->
 <Resource name="UserDatabase" auth="Container"
 type="org.apache.catalina.UserDatabase"
 description="User database that can be updated and saved"
 factory="org.apache.catalina.users.MemoryUserDatabaseFactory"
 pathname="conf/tomcat-users.xml" />
 </GlobalNamingResources>
 <!-- A "Service" is a collection of one or more "Connectors" that share
 a single "Container" Note: A "Service" is not itself a "Container",
 so you may not define subcomponents such as "Valves" at this level.
 Documentation at /docs/config/service.html
 -->
 <Service name="Catalina">
 ...
 </Service>
</Server>

Service标签

<!--
 该标签⽤于创建 Service 实例，默认使⽤ org.apache.catalina.core.StandardService。
 默认情况下，Tomcat 仅指定了Service 的名称， 值为 "Catalina"。
 Service ⼦标签为 ： Listener、Executor、Connector、Engine，
 其中：
 Listener ⽤于为Service添加⽣命周期监听器，
 Executor ⽤于配置Service 共享线程池，
 Connector ⽤于配置Service 包含的链接器，
 Engine ⽤于配置Service中链接器对应的Servlet 容器引擎
-->
<Service name="Catalina">
 ...
</Service>

Executor标签

<!--
默认情况下，Service 并未添加共享线程池配置。 如果我们想添加⼀个线程池， 可以在
<Service> 下添加如下配置：
 name：线程池名称，⽤于 Connector中指定
 namePrefix：所创建的每个线程的名称前缀，⼀个单独的线程名称为
namePrefix+threadNumber
 maxThreads：池中最⼤线程数
 minSpareThreads：活跃线程数，也就是核⼼池线程数，这些线程不会被销毁，会⼀直存在
 maxIdleTime：线程空闲时间，超过该时间后，空闲线程会被销毁，默认值为6000（1分钟），单位
毫秒
 maxQueueSize：在被执⾏前最⼤线程排队数⽬，默认为Int的最⼤值，也就是⼴义的⽆限。除⾮特
殊情况，这个值 不需要更改，否则会有请求不会被处理的情况发⽣
 prestartminSpareThreads：启动线程池时是否启动 minSpareThreads部分线程。默认值为
false，即不启动
 threadPriority：线程池中线程优先级，默认值为5，值从1到10
 className：线程池实现类，未指定情况下，默认实现类为 
org.apache.catalina.core.StandardThreadExecutor。如果想使⽤⾃定义线程池⾸先需要实现
org.apache.catalina.Executor接⼝
-->
<Executor name="commonThreadPool"
 namePrefix="thread-exec-"
 maxThreads="200"
 minSpareThreads="100"
 maxIdleTime="60000"
 maxQueueSize="Integer.MAX_VALUE"
 prestartminSpareThreads="false"
 threadPriority="5"
 className="org.apache.catalina.core.StandardThreadExecutor"/>

Connector标签

Connector 标签⽤于创建链接器实例

默认情况下，server.xml 配置了两个链接器，⼀个⽀持HTTP协议，⼀个⽀持AJP协议

⼤多数情况下，我们并不需要新增链接器配置，只是根据需要对已有链接器进⾏优化

<!--
port：
 端⼝号，Connector ⽤于创建服务端Socket 并进⾏监听， 以等待客户端请求链接。如果该属性设置
为0， Tomcat将会随机选择⼀个可⽤的端⼝号给当前Connector 使⽤
protocol：
 当前Connector ⽀持的访问协议。 默认为 HTTP/1.1 ， 并采⽤⾃动切换机制选择⼀个基于 JAVA
NIO 的链接器或者基于本地APR的链接器（根据本地是否含有Tomcat的本地库判定）
connectionTimeOut:
Connector 接收链接后的等待超时时间， 单位为 毫秒。 -1 表示不超时。
redirectPort：
 当前Connector 不⽀持SSL请求， 接收到了⼀个请求， 并且也符合security-constraint 约束，
需要SSL传输，Catalina⾃动将请求重定向到指定的端⼝。
executor：
 指定共享线程池的名称， 也可以通过maxThreads、minSpareThreads 等属性配置内部线程池。
URIEncoding:
 ⽤于指定编码URI的字符编码， Tomcat8.x版本默认的编码为 UTF-8 , Tomcat7.x版本默认为ISO8859-1
-->
<!--org.apache.coyote.http11.Http11NioProtocol ， ⾮阻塞式 Java NIO 链接器-->
<Connector port="8080" protocol="HTTP/1.1" connectionTimeout="20000"
redirectPort="8443" />
<Connector port="8009" protocol="AJP/1.3" redirectPort="8443" />

Engine标签

<!--
name： ⽤于指定Engine 的名称， 默认为Catalina
defaultHost：默认使⽤的虚拟主机名称， 当客户端请求指向的主机⽆效时， 将交由默认的虚拟主机处
理， 默认为localhost
-->
<Engine name="Catalina" defaultHost="localhost">
 ...
</Engine>

Host标签

用于配置一个虚拟主机

<Host name="localhost" appBase="webapps" unpackWARs="true" autoDeploy="true">
 ...
</Host> 

Context标签

Context标签用于配置一个Web应用

<Host name="www.abc.com" appBase="webapps" unpackWARs="true"
autoDeploy="true">
<!--
 docBase：Web应⽤⽬录或者War包的部署路径。可以是绝对路径，也可以是相对于 Host appBase的
相对路径。
 path：Web应⽤的Context 路径。如果我们Host名为localhost， 则该web应⽤访问的根路径为： 
 http://localhost:8080/web_demo。
-->
 <Context docBase="/Users/yingdian/web_demo" path="/web3"></Context> 
 
 <Valve className="org.apache.catalina.valves.AccessLogValve"
directory="logs"
 prefix="localhost_access_log" suffix=".txt"
 pattern="%h %l %u %t &quot;%r&quot; %s %b" />
</Host>

手写简易版Tomcat

实现步骤

1.解析web.xml中的配置,保存url与servlet对象的映射关系

<?xml version="1.0" encoding="UTF-8" ?>
<web-app>
    <servlet>
        <servlet-name>ww</servlet-name>
        <servlet-class>server.MyServlet</servlet-class>
    </servlet>
    <servlet-mapping>
        <servlet-name>ww</servlet-name>
        <url-pattern>/my</url-pattern>
    </servlet-mapping>
</web-app>

private void loadServlet() {
        InputStream resourceAsStream = this.getClass().getClassLoader().getResourceAsStream("web.xml");
        SAXReader saxReader = new SAXReader();

        try {
            Document document = saxReader.read(resourceAsStream);
            Element rootElement = document.getRootElement();

            List<Element> selectNodes = rootElement.selectNodes("//servlet");
            for (int i = 0; i < selectNodes.size(); i++) {
                Element element = selectNodes.get(i);
                // <servlet-name>lagou</servlet-name>
                Element servletnameElement = (Element) element.selectSingleNode("servlet-name");
                String servletName = servletnameElement.getStringValue();
                // <servlet-class>server.LagouServlet</servlet-class>
                Element servletclassElement = (Element) element.selectSingleNode("servlet-class");
                String servletClass = servletclassElement.getStringValue();


                // 根据servlet-name的值找到url-pattern
                Element servletMapping = (Element) rootElement.selectSingleNode("/web-app/servlet-mapping[servlet-name='" + servletName + "']");
                // /lagou
                String urlPattern = servletMapping.selectSingleNode("url-pattern").getStringValue();
                servletMap.put(urlPattern, (HttpServlet) Class.forName(servletClass).newInstance());
            }
        } catch (DocumentException | IllegalAccessException | InstantiationException | ClassNotFoundException e) {
            e.printStackTrace();
        }

    }

2.定义一个线程类,封装request,response对象,请求资源

private void loadServlet() {
        InputStream resourceAsStream = this.getClass().getClassLoader().getResourceAsStream("web.xml");
        SAXReader saxReader = new SAXReader();

        try {
            Document document = saxReader.read(resourceAsStream);
            Element rootElement = document.getRootElement();

            List<Element> selectNodes = rootElement.selectNodes("//servlet");
            for (int i = 0; i < selectNodes.size(); i++) {
                Element element = selectNodes.get(i);
                // <servlet-name>lagou</servlet-name>
                Element servletnameElement = (Element) element.selectSingleNode("servlet-name");
                String servletName = servletnameElement.getStringValue();
                // <servlet-class>server.LagouServlet</servlet-class>
                Element servletclassElement = (Element) element.selectSingleNode("servlet-class");
                String servletClass = servletclassElement.getStringValue();


                // 根据servlet-name的值找到url-pattern
                Element servletMapping = (Element) rootElement.selectSingleNode("/web-app/servlet-mapping[servlet-name='" + servletName + "']");
                // /lagou
                String urlPattern = servletMapping.selectSingleNode("url-pattern").getStringValue();
                servletMap.put(urlPattern, (HttpServlet) Class.forName(servletClass).newInstance());
            }
        } catch (DocumentException | IllegalAccessException | InstantiationException | ClassNotFoundException e) {
            e.printStackTrace();
        }

    }

3.启动Socket监听,将线程类放入线程池

public void start() throws IOException {
        // 加载解析相关的配置 web.xml
        loadServlet();

        // 定义一个线程池
        int corePoolSize = 10;
        int maximumPoolSize = 50;
        long keepAliveTime = 100L;
        TimeUnit unit = TimeUnit.SECONDS;
        ArrayBlockingQueue<Runnable> workQueue = new ArrayBlockingQueue<>(50);
        ThreadFactory threadFactory = Executors.defaultThreadFactory();
        RejectedExecutionHandler handler = new ThreadPoolExecutor.AbortPolicy();

        ThreadPoolExecutor threadPoolExecutor = new ThreadPoolExecutor(
                corePoolSize,
                maximumPoolSize,
                keepAliveTime,
                unit,
                workQueue,
                threadFactory,
                handler
        );

        /**
         * 完成Minicat1.0版本
         * 需求: 浏览器请求http://localhost:8080
         * 返回一个固定的字符串到页面"Hello Minicat!"
         */
        ServerSocket serverSocket = new ServerSocket(port);
        System.out.println("=====>>>Minicat start on port:" + port);
        System.out.println("=========>>>>>>使用线程池进行多线程改造");
        /*
            多线程改造（使用线程池）
         */
        while(true) {
            Socket socket = serverSocket.accept();
            RequestProcessor requestProcessor = new RequestProcessor(socket,servletMap);
            //requestProcessor.start();
            threadPoolExecutor.execute(requestProcessor);
        }

4.请求localhost:8080/my之后,会进入HttpServlet的service进行处理,区分GET,POST请求

    public void service(Request request, Response response) throws Exception {
        if("GET".equalsIgnoreCase(request.getMethod())) {
            doGet(request,response);
        }else{
            doPost(request,response);
        }
    }

源码剖析

Tomcat启动流程

Tomcat请求处理流程

流程分析

示意图

Mapper组件体系结构

Tomcat类加载机制

JVM类加载机制

类加载过程:Java类(.java)–>字节码文件(.class)–>字节码文件

引导启动类加载器

BootStrapClassLoader:加载java核心库文件,比如rt.jar中的类,构造ExtClassLoader和AppClassLoader

扩展类加载器

ExtClassLoader:加载扩展库JAVA_HOME/lib/ext目录下的jar中的类,如classpath中的jre,javax.*或者java.ext.dir指定位置中的类

系统类加载器

AppClassLoader/SystemCalssLoader:默认的类加载器,搜索环境变量classpath中指定的路径

双亲委派机制

当某个类加载器要加载某个.class文件时,它首先把这个任务委托给他的上级类加载器,递归这个操作,如果上级的类加载器没有加载,自己才会去加载这个类.

作用

1.防止重复加载同一个.class

2.保证最上层的核心.class不能被篡改.

Tomcat类加载机制

1.系统类加载器正常情况下应该加载的是Classpath下的类,但是tomcat中加载的是tomcat的启动类,如bootstrap.jar

2.Common通用类加载器加载Tomcat使用以及应用通用的一些类,位于CATALINA_HOME/lib下,比如servlet-api.jar

3.Catalina ClassLoader用于加载服务器内部可见类

4.Shared ClassLoader用于加载应用程序共享类

5.Webapp ClassLoader,每个应用程序都有独一无二的Webapp ClassLoader,加载应用程序/WEB-INF/classes和/WEB-INF/lib下的类

加载顺序

1.首先从Bootstrap ClassLoader加载指定的类

2.如果未加载到,则从/WEB-INF/classes加载

3.如果未加载到,则从/WEB-INF/lib/*.jar加载

4.如果未加载到,则一次从Sytstem,Common,Shared加载

Tomcat优化策略

Tomcat支持HTTPS

HTTP与HTTPS的区别

1.HTTPS需要使用SSL证书

2.Tomcat下HTTP默认端口8080,HTTPS默认端口8443

3.HTTPS具有安全性,会对数据传输加密,相当于HTTP的升级版

HTTPS工作原理

Tomcat配置HTTPS

1.使用JDK中的keytool工具生成免费的证书

keytool -genkey -alias lagou -keyalg RSA -keystore lagou.keystore

2.配置conf/server.xml

<Connector port="8443" protocol="org.apache.coyote.http11.Http11NioProtocol"
 maxThreads="150" schema="https" secure="true" SSLEnabled="true">
 <SSLHostConfig>
 <Certificate
certificateKeystoreFile="a.keystore 证书文件地址" certificateKeystorePassword="lagou123" type="RSA"
/>
 </SSLHostConfig>
</Connector>

3.使用https协议访问localhost:8443

Tomcat性能优化

优化指标

1.响应时间:执行某个操作的耗时

2.吞吐量:系统在给定时间能支持的事务数量.单位TPS.

优化策略

1.虚拟机优化

• 内存直接影响服务的运行效率和吞吐量
• 垃圾回收机制会不同程度的导致程序运行中断

2.Tomcat配置优化

• 调整tomcat线程池

• 调整tomcat的连接器

• 禁用AJP连接器

• 调整IO模式

• 动静分离

可以使⽤Nginx+Tomcat相结合的部署⽅案，Nginx负责静态资源访问，Tomcat负责Jsp等动态资源访问处理（因为Tomcat不擅⻓处理静态资源）