深入理解java技术之 Tomcat服务器详解

Java

Java是由Sun Microsystems公司于 1995年5月推出的Java面向对象程序设计语言（以下简称Java语言）和Java平台的总称。由James Gosling和同事们共同研发，并在1995年正式推出。用Java实现的HotJava浏览器（支持Java applet）显示了Java的魅力：跨平台、动态的Web、Internet计算。从此，Java被广泛接受并推动了Web的迅速发展，常用的浏览器均支持Javaapplet。另一方面，Java技术也不断更新。

Java 组成

Java由四方面组成：

• Java编程语言

• Java类文件格式

• Java虚拟机

• Java应用程序接口(Java API)

下面我们来说一下这四个方面的关系，我们通过Java编程语言+Java应用程序接口（Java API）编写出.java的文件（如，test.java），通过Java编译器javac（Java Complier）进行编译生成.class的类文件(如，test.class)，再通过Java类文件+Java虚拟机（JVM）运行Java程序。

Java 程序语言+Java API ---> test.java （java程序）

javac(Java Complier) ---> test.class （字节码文件）

Java类文件+Java虚拟机 ---> 运行test.class

Java 组成

Java 平台

Java平台由Java虚拟机（Java Virtual Machine，简称JVM）和Java 应用编程接口（Application Programming Interface，简称API）构成。Java应用编程接口为此提供了一个独立于操作系统的标准接口，可分为基本部分和扩展部分。在硬件或操作系统平台上安装一个Java平台之后，Java应用程序就可运行。Java平台已经嵌入了几乎所有的操作系统。这样Java程序可以只编译一次，就可以在各种系统中运行。

Java 平台

Java 体系

ava分为三个体系，

• J2SE（Java2 Platform Standard Edition，java平台标准版）

• J2EE(Java 2 Platform,Enterprise Edition，java平台企业版)

• J2ME(Java 2 Platform Micro Edition，java平台微型版)。

其中，Java SE则只包含了Java二进制程序(如JVM和Java字节码编译器)和Java的核心代码库，而Jave EE标准则包含了一组适用于创建企业级Web应用程序的API。Jave EE建立在Java SE的基础上，并依赖于Java SE才能正常工作。当然，任何级别的应用程序均能从Java EE中获益，但Jave EE却更适合解决大型软件系统设计中的问题。JAVA EE包含多个独立的API，Servlet和JSP就是其中的两个，而JAVA EE中著名的API中还包含如下的几个，

JAVA EE APIs：

• EJB(Enterprise JavaBeans)：JAVA相关的诸多高级功能的实现，如RMI（Remote Method Invocation), 对象/关系映射，跨越多个数据源的分布式事务等；

• JMS(Java Message Service)：高性能异步消息服务，实现JAVA EE应用程序与非JAVA程序的“透明”通信；

• JMX（Java Management Extensions）：在程序运行时对其进行交互式监控和管理的机制；

• JTA（Java Transaction API）：允许应用程序在自身的一个或多个组件中平滑地处理错误的机制；

• JavaMail：通过工业标准的POP/SMTP/IMAP协议发送和接收邮件的机制；

Java SE APIs：

• JNDI（Java Naming and Directory Interface）:用于与LDAP服务交互的API；

• JAXP（Java API for XML Processing）:用于分析及转换XML（基于XSLT实现）；

Java 优势

与传统程序不同，Sun 公司在推出 Java 之际就将其作为一种开放的技术。全球数以万计的 Java 开发公司被要求所设计的 Java软件必须相互兼容。“Java 语言靠群体的力量而非公司的力量”是Sun公司的口号之一，并获得了广大软件开发商的认同。这与微软公司所倡导的注重精英和封闭式的模式完全不同。Sun 公司对 Java 编程语言的解释是：Java 编程语言是个简单、面向对象、分布式、解释性、健壮、安全与系统无关、可移植、高性能、多线程和动态的语言。Java 平台是基于 Java 语言的平台。

用Java语言来编写源代码，把它编译成Java Class文件，然后在Java VM中运行class文件；当编写程序时，通过调用类(Java API)中的方法来访问系统资源，而当程序运行时，它通过调用class文件中实现了Java API的方法也满足程序的Java API调用。Java VM和Java API一起组成了一个“平台“，所有Java程序都在其上编译和运行，因此，它们有时也被称作Java运行时环境。Java VM的主要任务是装载class文件并且执行其中的字节码。

Tomcat

Sun推出的JSP（Java Server Pages）是一种运行于服务器端的动态网页开发技术，它基于Java技术。执行JSP时需要在Web服务器上架设一个编译JSP网页的引擎。Tomcat服务器是Apache组织开发的一种JSP引擎同时支持Servlet，本身具有Web服务器的功能，可以作为独立的Web服务器来使用。但是，在作为Web服务器方面，Tomcat处理静态HTML页面时不如Apache迅速，也没有Apache健壮，所以我们一般将Tomcat与Apache配合使用，让Apache对网站的静态页面请求提供服务，而Tomcat作为专用的JSP引擎，提供JSP解析，以得到更好的性能。并且Tomcat本身就是Apache的一个子项目，所以Tomcat对Apache提供了强有力的支持。对于大多数网站来说，Tomcat是一个很不错的选择。

Tomcat 在严格意义上并不是一个真正的应用服务器，它只是一个可以支持运行Serlvet/JSP的Web容器，不过Tomcat也扩展了一些应用服务器的功能，如JNDI，数据库连接池，用户事务处理等等。Tomcat 是一种具有JSP环境的Servlet容器。Servlet容器是代替用户管理和调用 Servlet的运行时外壳。那么什么是Servlet容器呢？

Servlet容器，负责处理客户请求。当客户请求来到时，Servlet容器获取请求，然后调用某个Servlet，并把Servlet的执行结果返回给客户。当客户请求某个资源时，Servlet容器使SERVLETREQUEST对象把客户的请求信息封装起来，然后调用JAVA Servlet API中定义的Servlet的一些生命周期方法，完成Servlet的执行，接着把Servlet执行的要返回给客户的结果封装到SERVLETRESPONSE对象中，最后SERVLET容器把客户的请求发送给客户，完成为客户的一次服务过程。

Tomcat 体系结构

Tomcat 体系结构

Tomcat 支持Servlet 2.5和JSP 2.1的规范，它由一组嵌套的层次和组件组成，一般可分为以下四类：

• 顶级组件：位于配置层次的顶级，并且彼此间有着严格的对应关系（如，Server、Service）；

• 连接器：连接客户端（可以是浏览器或Web服务器）请求至Servlet容器，

• 容器：包含一组其它组件，如Engine、Host、Content；

• 被嵌套的组件：位于一个容器当中，但不能包含其它组件（如，Realm（用户账户数据库）、valve（基于用户的认证）、logger（记录日志））；

顶级组件：

(1).服务器(server)：Tomcat的一个实例，通常一个JVM只能包含一个Tomcat实例；因此，一台物理服务器上可以在启动多个JVM的情况下在每一个JVM中启动一个Tomcat实例，每个实例分属于一个独立的管理端口。这是一个顶级组件。

(2).服务(service)：一个服务组件通常包含一个引擎和与此引擎相关联的一个或多个连接器。给服务命名可以方便管理员在日志文件中识别不同服务产生的日志。一个server可以包含多个service组件，但通常情下只为一个service指派一个server。

连接器类组件：

连接器(connectors)：负责连接客户端（可以是浏览器或Web服务器）请求至Servlet容器内的Web应用程序，通常指的是接收客户发来请求的位置及服务器端分配的端口。默认端口通常是HTTP协议的8080，管理员也可以根据自己的需要改变此端口。一个引擎可以配置多个连接器，但这些连接器必须使用不同的端口。默认的连接器是基于HTTP/1.1的Coyote。同时，Tomcat也支持AJP、JServ和JK2连接器。

容器类组件：

(1).引擎(Engine)：引擎通是指处理请求的Servlet引擎组件，即Catalina Servlet引擎，它检查每一个请求的HTTP首部信息以辨别此请求应该发往哪个host或context，并将请求处理后的结果返回的相应的客户端。严格意义上来说，容器不必非得通过引擎来实现，它也可以是只是一个容器。如果Tomcat被配置成为独立服务器，默认引擎就是已经定义好的引擎。而如果Tomcat被配置为Apache Web服务器的提供Servlet功能的后端，默认引擎将被忽略，因为Web服务器自身就能确定将用户请求发往何处。一个引擎可以包含多个host组件。

(2).主机(Host)：主机组件类似于Apache中的虚拟主机，但在Tomcat中只支持基于FQDN的“虚拟主机”。一个引擎至少要包含一个主机组件。

上下文(Context)

Context组件是最内层次的组件，它表示Web应用程序本身。配置一个Context最主要的是指定Web应用程序的根目录，以便Servlet容器能够将用户请求发往正确的位置。Context组件也可包含自定义的错误页，以实现在用户访问发生错误时提供友好的提示信息。

被嵌套类(nested)组件

这类组件通常包含于容器类组件中以提供具有管理功能的服务，它们不能包含其它组件，但有些却可以由不同层次的容器各自配置。

阀门(Valve)

用来拦截请求并在将其转至目标之前进行某种处理操作，类似于Servlet规范中定义的过滤器。Valve可以定义在任何容器类的组件中。Valve常被用来记录客户端请求、客户端IP地址和服务器等信息，这种处理技术通常被称作请求转储(request dumping)。请求转储valve记录请求客户端请求数据包中的HTTP首部信息和cookie信息文件中，响应转储valve则记录响应数据包首部信息和cookie信息至文件中。

日志记录器(Logger)

用于记录组件内部的状态信息，可被用于除Context之外的任何容器中。日志记录的功能可被继承，因此，一个引擎级别的Logger将会记录引擎内部所有组件相关的信息，除非某内部组件定义了自己的Logger组件。

领域(Realm)

用于用户的认证和授权；在配置一个应用程序时，管理员可以为每个资源或资源组定义角色及权限，而这些访问控制功能的生效需要通过Realm来实现。Realm的认证可以基于文本文件、数据库表、LDAP服务等来实现。Realm的效用会遍及整个引擎或顶级容器，因此，一个容器内的所有应用程序将共享用户资源。同时，Realm可以被其所在组件的子组件继承，也可以被子组件中定义的Realm所覆盖。

引擎(Engine)

引擎是指处理请求的Servlet引擎组件，即Catalina Servlet引擎，它从HTTPconnector接收请求并响应请求。它检查每一个请求的HTTP首部信息以辨别此请求应该发往哪个host或context，并将请求处理后的结果返回的相应的客户端。严格意义上来说，容器不必非得通过引擎来实现，它也可以是只是一个容器。如果Tomcat被配置成为独立服务器，默认引擎就是已经定义好的引擎。而如果Tomcat被配置为Apache Web服务器的提供Servlet功能的后端，默认引擎将被忽略，因为Web服务器自身就能确定将用户请求发往何处。一个引擎可以包含多个host组件。

Tomcat连接器架构：基于Apache做为Tomcat前端的架构来讲，Apache通过mod_jk、mod_jk2或mod_proxy模块与后端的Tomcat进行数据交换。而对Tomcat来说，每个Web容器实例都有一个Java语言开发的连接器模块组件，在Tomcat中，这个连接器是org.apache.catalina.Connector类。这个类的构造器可以构造两种类别的连接器：HTTP/1.1负责响应基于HTTP/HTTPS协议的请求，AJP/1.3负责响应基于AJP的请求。但可以简单地通过在server.xml配置文件中实现连接器的创建，但创建时所使用的类根据系统是支持APR(Apache Portable Runtime)而有所不同。APR是附加在提供了通用和标准API的操作系统之上一个通讯层的本地库的集合，它能够为使用了APR的应用程序在与Apache通信时提供较好伸缩能力时带去平衡效用。同时，需要说明的是，mod_jk2模块目前已经不再被支持了，mod_jk模块目前还apache被支持，但其项目活跃度已经大大降低。因此，目前更常用 的方式是使用mod_proxy模块。

如果支持APR：

• HTTP/1.1：org.apache.cotote.http11.Http11AprProtocol

• AJP/1.3：org.apache.coyote.ajp.AjpAprProtocol

如果不支持APR：

• HTTP/1.1: org.apache.coyote.http11.Http11Protocol

• AJP/1.3: org.apache.jk.server.JkCoyoteHandler

连接器协议：

Tomcat的Web服务器连接器支持两种协议：AJP和HTTP，它们均定义了以二进制格式在Web服务器和Tomcat之间进行数据传输，并提供相应的控制命令。

AJP(Apache JServ Protocol)协议：目前正在使用的AJP协议的版本是通过JK和JK2连接器提供支持的AJP13，它基于二进制的格式在Web服务器和Tomcat之间传输数据，而此前的版本AJP10和AJP11则使用文本格式传输数据。

HTTP协议：诚如其名称所表示，其是使用HTTP或HTTPS协议在Web服务器和Tomcat之间建立通信，此时，Tomcat就是一个完全功能的HTTP服务器，它需要监听在某端口上以接收来自于商前服务器的请求。

Tomcat 工作模式

独立的Servlet容器

Tomcat 的默认工作模式，作为独立的Servlet容器，是内置在Web服务器中的一部分，是指使用基于JAVA的Web服务器的情形。其他两种方式是TOMCAT与其他服务器集成的方式。

进程内的Servlet容器

Servlet容器作为Web服务器的插件和JAVA容器的实现。Web服务器的插件在内部地址空间打开一个JVM（JAVA VIRTUAL MACHINE）使JAVA容器得以在内部运行。如有某个需要调用Servlet的请求，插件将取得对此请求的控制并将它传递（使用JNI）给JAVA容器。进程内的容器对于多线程、单进程的服务器非常适合，并且提供了很好的运行速度，只是伸缩性有所不足。

注，JNI是JAVA NATIVE INTERFACE的缩写，是JAVA本地调用接口，通过JNI，JAVA程序可以和其他语言编写的本地程序进行通信。

进程外的Servlet容器

Servlet容器运行于Web服务器之外的地址空间，并且作为Web服务器的插件和JVM使用IPC（如TCP/IP）进行通信。进程外容器的反应时间不如进程内的容器，但有较好的伸缩性、稳定性等性能。

IPC INTERPROCESS COMMUNICATION（进程间通信）的简写，它是实现进程间通信的一种技术。

Tomcat 的组织结构

Tomcat是一个基于组件的服务器，它的构成组件都是可配置的，其中最外层的给件是CATALINA SERVLET容器，其他的组件按照一定的格式要求配置在这个顶层容器中。Tomcat的各个组件是server.xml文件中配置的，Tomcat服务器默认情况下对各种组件都有默认的实现，下面通过分析server.xml文件来理解Tomcat的各个组件是如何组织的。

顶层元素，代表一个服务器 顶层元素，是Connector的集合，只有一个Engine 连接器类元素，代表通信接口 容器类元素，为特定的Service组件处理所有客户请求，可包含多个Host 为特定的虚拟主机处理所有客户请求 为特定的WEB应用处理所有客户请求

Tomcat中真正处理客户请求与生成响应的三个组件是Engine 、Host、 Context。为了帮助大家更好的理解Tomcat的组织结构，请看下图：

Tomcat

总结

到这里，Tomcat服务器详解就结束了，，不足之处还望大家多多包涵！！觉得收获的话可以点个关注收藏转发一波喔，谢谢大佬们支持。（吹一波，233~~）

下面和大家交流几点编程的经验：

1、多写多敲代码，好的代码与扎实的基础知识一定是实践出来的

2丶 测试、测试再测试，如果你不彻底测试自己的代码，那恐怕你开发的就不只是代码，可能还会声名狼藉。

3丶 简化算法，代码如恶魔，在你完成编码后，应回头并且优化它。从长远来看，这里或那里一些的改进，会让后来的支持人员更加轻松。

4、可以去腾讯课堂的图灵学院学习一下java架构实战案例，还挺不错的。

最后，每一位读到这里的网友，感谢你们能耐心地看完。希望在成为一名更优秀的Java程序员的道路上，我们可以一起学习、一起进步。

内部交流群469717771 欢迎各位前来交流和分享， 验证：（009）必过！！