什么是tomcat?tomcat是干什么用的?

一、什么是Tomcat

Tomcat 是由 Apache 软件基金会下属的 Jakarta 项目开发的一个 Servlet 容器。是开源的轻量级Web应用服务器。

二、tomcat结构目录

①bin:启动和关闭tomcat的bat文件。

  • startup.bat , shutdown.bat 用于在windows下启动和停止脚本;
  • startup.sh, shutdown.sh 用于在linux下启动和停止脚本;

②conf:配置文件。

  • Catalina 用于存储针对每个虚拟机的Context配置
  • context.xml 用于定义所有web应用均需加载的Context配置,如果web应用指定了自己的context.xml ,该文件将被覆盖
  • catalina.properties Tomcat 的环境变量配置
  • catalina.policy Tomcat 运行的安全策略配置
  • logging.properties Tomcat 的日志配置文件, 可以通过该文件修改Tomcat 的日志级别及日志路径等
  • server.xml该文件用于配置server相关的信息,比如tomcat启动的端口号,配置主机(Host)。
  • web.xml文件配置与web应用(web应用相当于一个web站点)
  • tomcat-user.xml配置用户名密码和相关权限。

③lib:该目录放置运行tomcat运行需要的jar包。

④logs:存放日志,当我们需要查看日志的时候,可以查询信息。

⑤webapps:放置我们的web应用。

⑥work工作目录:该目录用于存放jsp被访问后生成对应的server文件和.class文件。

启动:双击 bin/startup.bat 文件 ;
停止:双击 bin/shutdown.bat 文件 ;
访问:http://localhost:8080

三、Tomcat整体架构

1、Tomcat核心功能

我们已经了解了Tomcat要实现两个核心功能

1) 处理Socket连接,负责网络字节流与Request和Response对象的转化。
2) 加载和管理Servlet,以及具体处理Request请求。

因此Tomcat设计了两个核心组件连接器(Connector)容器(Container)来分别做这两件事情。连接器负责对外交流,容器负责内部处理。

2、连接器

连接器中的各个组件的作用如下:
1)EndPoint

  • EndPoint : Coyote 通信端点,即通信监听的接口,是具体Socket接收和发送处理器,是对传输层的抽象,因此EndPoint用来实现TCP/IP协议的。
  • Tomcat 并没有EndPoint 接口,而是提供了一个抽象类AbstractEndpoint , 里面定义了两个内部类:Acceptor和SocketProcessor。Acceptor用于监听Socket连接请求。SocketProcessor用于处理接收到的Socket请求,它实现Runnable接口,在Run方法里调用协议处理组件Processor进行处理。为了提高处理能力,SocketProcessor被提交到线程池来执行。而这个线程池叫作执行器(Executor),我在后面的专栏会详细介绍Tomcat如何扩展原生的Java线程池。

2) Processor
Processor : Coyote 协议处理接口 ,如果说EndPoint是用来实现TCP/IP协议的,那么Processor用来实现HTTP协议,Processor接收来自EndPoint的Socket,读取字节流解析成Tomcat Request和Response对象,并通过Adapter将其提交到容器处理,Processor是对应用层协议的抽象。

3)ProtocolHandler
ProtocolHandler: Coyote 协议接口, 通过Endpoint 和 Processor , 实现针对具体协议的处理能力。Tomcat 按照协议和I/O 提供了6个实现类 : AjpNioProtocol , AjpAprProtocol, AjpNio2Protocol , Http11NioProtocol ,Http11Nio2Protocol ,Http11AprProtocol。我们在配置tomcat/conf/server.xml 时 , 至少要指定具体的ProtocolHandler , 当然也可以指定协议名称 , 如 : HTTP/1.1 ,如果安装了APR,那么将使用Http11AprProtocol , 否则使用 Http11NioProtocol 。

4)Adapter
由于协议不同,客户端发过来的请求信息也不尽相同,Tomcat定义了自己的Request类来“存放”这些请求信息。ProtocolHandler接口负责解析请求并生成Tomcat Request类。但是这个Request对象不是标准的ServletRequest,也就意味着,不能用Tomcat Request作为参数来调用容器。Tomcat设计者的解决方案是引入CoyoteAdapter,这是适配器模式的经典运用,连接器调用CoyoteAdapter的Sevice方法,传入的是Tomcat Request对象,CoyoteAdapter负责将Tomcat Request转成ServletRequest,再调用容器的Service方法。

3、容器

Tomcat设计了4种容器,分别是Engine、Host、Context和Wrapper。容器的功能是处理Connector接收进来的请求,并产生相应的响应,这4种容器不是平行关系,而是父子关系, Tomcat通过一种分层的架构,使得Servlet容器具有很好的灵活性。

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,但是一个引擎可包含多个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,而一个虚拟主机下可包含多个Context
3)Context 表示一个Web应用程序, 一个Web应用可包含多个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

四、server.xml

server.xml是Tomcat中最重要的配置文件,server.xml位于$TOMCAT_HOME/conf目录下;server.xml的每一个元素都对应了Tomcat中的一个组件;通过对xml文件中元素的配置,可以实现对Tomcat中各个组件的控制。

server.xml的整体结构如下:

<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?>
<Server port="8005" shutdown="SHUTDOWN">
  <Listener className="org.apache.catalina.startup.VersionLoggerListener" />
  <Listener className="org.apache.catalina.core.AprLifecycleListener" SSLEngine="on" />
  <Listener className="org.apache.catalina.core.JreMemoryLeakPreventionListener" />
  <Listener className="org.apache.catalina.mbeans.GlobalResourcesLifecycleListener" />
  <Listener className="org.apache.catalina.core.ThreadLocalLeakPreventionListener" />
  <GlobalNamingResources>
    <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>
  <Service name="Catalina">
   <Connector port="8080" protocol="HTTP/1.1" connectionTimeout="20000" redirectPort="8443" />
    <!--连接器可以有多个 Engine 只能有一个处理->           
    <Engine name="Catalina" defaultHost="localhost">
      <Realm className="org.apache.catalina.realm.LockOutRealm">
        <Realm className="org.apache.catalina.realm.UserDatabaseRealm"
               resourceName="UserDatabase"/>
      </Realm>
      <Host name="localhost"  appBase="webapps"
            unpackWARs="true" autoDeploy="true">
        <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>
    </Engine>
  </Service>
</Server>

1、server.xml文件中的元素可以分为以下4类

(1)顶层元素:<Server><Service>
<Server>元素是整个配置文件的根元素,<Service>元素则代表一个Engine元素以及一组与之相连的Connector元素。

(2)连接器:<Connector>
<Connector>代表了外部客户端发送请求到特定Service的接口;同时也是外部客户端从特定Service接收响应的接口。

(3)容器:<Engine><Host><Context>
容器的功能是处理Connector接收进来的请求,并产生相应的响应。Engine、Host和Context都是容器,但它们不是平行的关系,而是父子关系:Engine包含Host,Host包含Context。一个Engine组件可以处理Service中的所有请求,一个Host组件可以处理发向一个特定虚拟主机的所有请求,一个Context组件可以处理一个特定Web应用的所有请求。

(4)内嵌组件:可以内嵌到容器中的组件。实际上,Server、Service、Connector、Engine、Host和Context是最重要的最核心的Tomcat组件,其他组件都可以归为内嵌组件。

2、各个核心组件的作用、特点以及配置方式

1)Server

Server元素在最顶层,代表整个Tomcat容器,因此它必须是server.xml中唯一一个最外层的元素。一个Server元素中可以有一个或多个Service元素。

在第一部分的例子中,在最外层有一个<Server>元素,shutdown属性表示关闭Server的指令;port属性表示Server接收shutdown指令的端口号,设为-1可以禁掉该端口。

2)Service

Service的作用,是在Connector和Engine外面包了一层,把它们组装在一起,对外提供服务。

一个Service可以包含多个Connector,但是只能包含一个Engine;其中Connector的作用是从客户端接收请求,Engine的作用是处理接收进来的请求。

在第一部分的例子中,Server中包含一个名称为“Catalina”的Service。实际上,Tomcat可以提供多个Service,不同的Service监听不同的端口。

3)Connector

Connector的主要功能,是接收连接请求,创建Request和Response对象用于和请求端交换数据;然后分配线程让Engine来处理这个请求,并把产生的Request和Response对象传给Engine。

通过配置Connector,可以控制请求Service的协议及端口号。Service可以配置两个Connector。

eg:配置两个Connector

 <Connector port="8080" protocol="HTTP/1.1" connectionTimeout="20000" redirectPort="8443" />
 <Connector port="8009" protocol="AJP/1.3" redirectPort="8443" />

(1)通过配置第1个Connector,客户端可以通过8080端口号使用http协议访问Tomcat。其中,protocol属性规定了请求的协议,port规定了请求的端口号,redirectPort表示当强制要求https而请求是http时,重定向至端口号为8443的Connector,connectionTimeout表示连接的超时时间。

在这个例子中,Tomcat监听HTTP请求,使用的是8080端口,而不是正式的80端口;实际上,在正式的生产环境中,Tomcat也常常监听8080端口,而不是80端口。这是因为在生产环境中,很少将Tomcat直接对外开放接收请求,而是在Tomcat和客户端之间加一层代理服务器(如nginx),用于请求的转发、负载均衡、处理静态文件等;通过代理服务器访问Tomcat时,是在局域网中,因此一般仍使用8080端口。

(2)通过配置第2个Connector,客户端可以通过8009端口号使用AJP协议访问Tomcat。是因为Tomcat可以用作Servlet/JSP容器,但是对静态资源的处理速度较慢,不如Apache和IIS等HTTP服务器;因此常常将Tomcat与Apache等集成,前者作Servlet容器,后者处理静态资源,而AJP协议便负责Tomcat和Apache的连接。

4)Engine

Engine组件在Service组件中有且只有一个;Engine是Service组件中的请求处理组件。Engine组件从一个或多个Connector中接收请求并处理,并将完成的响应返回给Connector,最终传递给客户端。eg:

<Engine name="Catalina" defaultHost="localhost">

name属性用于日志和错误信息,defaultHost属性指定了默认的host名称,当发往本机的请求指定的host名称不存在时,一律使用defaultHost指定的host进行处理;因此,defaultHost的值,必须与Engine中的一个Host组件的name属性值匹配。

name属性用于日志和错误信息,在整个Server中应该唯一。

5)Host

Host是Engine的子容器。Engine组件中可以内嵌1个或多个Host组件,每个Host组件代表Engine中的一个虚拟主机

Host组件至少有一个,且其中一个的name必须与Engine组件的defaultHost属性相匹配。

Host的作用:
Host虚拟主机的作用,是运行多个Web应用(一个Context代表一个Web应用),并负责安装、展开、启动和结束每个Web应用。

Host组件代表的虚拟主机,对应了服务器中一个网络名实体(如”www.test.com”,或IP地址”116.25.25.25”);为了使用户可以通过网络名连接Tomcat服务器,这个名字应该在DNS服务器上注册。

客户端通常使用主机名来标识它们希望连接的服务器;该主机名也会包含在HTTP请求头中。Tomcat从HTTP头中提取出主机名,寻找名称匹配的主机。如果没有匹配,请求将发送至默认主机。因此默认主机不需要是在DNS服务器中注册的网络名,因为任何与所有Host名称不匹配的请求,都会路由至默认主机。

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

Host的参数:

  • unpackWARs指定了是否将代表Web应用的WAR文件解压;如果为true,通过解压后的文件结构运行该Web应用,如果为false,直接使用WAR文件运行Web应用。
  • Host的autoDeploy和appBase属性,与Host内Web应用的自动部署有关;

一个Engine中有且仅有一个Host组件的name属性与Engine组件的defaultHost属性相匹配

Host元素内定义了Valve组件:
不同的Valve有不同的特性,AccessLogValve记录的日志就是访问日志,每天的请求会写到一个日志文件里。AccessLogValve可以与Engine、Host或Context关联;

一个容器内可以建立多个Valve,而且Valve定义的次序也决定了它们生效的次序。

Valve组件参数:

  • className:规定了Valve的类型,是最重要的属性;本例中,通过该属性规定了这是一个AccessLogValve。
  • directory:指定日志存储的位置,本例中,日志存储在$TOMCAT_HOME/logs目录下。
  • prefix:指定了日志文件的前缀。
  • suffix:指定了日志文件的后缀。通过directory、prefix和suffix的配置,在$TOMCAT_HOME/logs目录下,可以看到如下所示的日志文件。
  • pattern:指定记录日志的格式

小结:pattern中一些值:
%h:远程主机名或IP地址;如果有nginx等反向代理服务器进行请求分发,该主机名/IP地址代表的是nginx,否则代表的是客户端。后面远程的含义与之类似,不再解释。
%l:远程逻辑用户名,一律是”-”,可以忽略。
%u:授权的远程用户名,如果没有,则是”-”。
%t:访问的时间。
%r:请求的第一行,即请求方法(get/post等)、uri、及协议。
%s:响应状态,200,404等等。
%b:响应的数据量,不包括请求头,如果为0,则是””-。
%D:请求处理的时间(单位是毫秒)

6)Context(静态部署)

Context元素代表在特定虚拟主机上运行的一个Web应用。每个Web应用基于WAR文件,或WAR文件解压后对应的目录

<Engine>
       <Host>
             <Context /><!-- 现在常常使用自动部署,不推荐配置Context元素.-->
             <Context path="/" docBase="D:\Program Files \app1.war" reloadable="true"/>
       </Host>
 </Engine>

<context>元素参数如下:

  • docBase:docBase指定了该Web应用使用的WAR包路径,或应用目录。静态部署时,docBase可以在appBase目录下,也可以不在;本例中,docBase不在appBase目录下。
  • path:静态部署时,可以显式指定path属性,但是仍然受到了严格的限制:只有当自动部署完全关闭(deployOnStartup和autoDeploy都为false)或docBase不在appBase中时,才可以设置path属性。在本例中,docBase不在appBase中,因此path属性可以设置。
  • reloadable属性指示tomcat是否在运行时监控在WEB-INF/classes和WEB-INF/lib目录下class文件的改动。如果值为true,那么当class文件改动时,会触发Web应用的重新加载。在开发环境下,reloadable设置为true便于调试;但是在生产环境中设置为true会给服务器带来性能压力,因此reloadable参数的默认值为false。

但是目前往往server.xml配置文件中看不到Context元素的出现,因为Tomcat开启了自动部署,Web应用没有在server.xml中配置静态部署,而是由Tomcat通过特定的规则自动部署。

Context是Host的子容器,每个Host中可以定义任意多的Context元素。
==静态部署与自动部署是可以共存的。在实际应用中,并不推荐使用静态部署,因为server.xml 是不可动态重加载的资源,服务器一旦启动了以后,要修改这个文件,就得重启服务器才能重新加载。而自动部署可以在Tomcat运行时通过定期的扫描来实现,不需要重启服务器。==

7)Listener

Listener(即监听器)定义的组件,可以在特定事件发生时执行特定的操作;被监听的事件通常是Tomcat的启动和停止。监听器需要配置的最重要的属性是className,该属性规定了监听器的具体实现类,该类必须实现了org.apache.catalina.LifecycleListener接口。

<Listener className="org.apache.catalina.startup.VersionLoggerListener" />
  <Listener className="org.apache.catalina.core.AprLifecycleListener" SSLEngine="on" />
  <Listener className="org.apache.catalina.core.JasperListener" />
  <Listener className="org.apache.catalina.core.JreMemoryLeakPreventionListener" />
  <Listener className="org.apache.catalina.mbeans.GlobalResourcesLifecycleListener" />
  <Listener className="org.apache.catalina.core.ThreadLocalLeakPreventionListener" />

下面依次介绍例子中配置的监听器:

  • VersionLoggerListener:当Tomcat启动时,该监听器记录Tomcat、Java和操作系统的信息。该监听器必须是配置的第一个监听器。
  • AprLifecycleListener:Tomcat启动时,检查APR库,如果存在则加载。APR,即Apache Portable Runtime,是Apache可移植运行库,可以实现高可扩展性、高性能,以及与本地服务器技术更好的集成。
  • JasperListener:在Web应用启动之前初始化Jasper,Jasper是JSP引擎,把JVM不认识的JSP文件解析成java文件,然后编译成class文件供JVM使用。
  • JreMemoryLeakPreventionListener:与类加载器导致的内存泄露有关。
  • GlobalResourcesLifecycleListener:通过该监听器,初始化< GlobalNamingResources>标签中定义的全局JNDI资源;如果没有该监听器,任何全局资源都不能使用。< GlobalNamingResources>将在后文介绍。
  • ThreadLocalLeakPreventionListener:当Web应用因thread-local导致的内存泄露而要停止时,该监听器会触发线程池中线程的更新。当线程执行完任务被收回线程池时,活跃线程会一个一个的更新。只有当Web应用(即Context元素)的renewThreadsWhenStoppingContext属性设置为true时,该监听器才有效。

8)GlobalNamingResources与Realm

Realm提供了一种用户密码与web应用的映射关系,从而达到角色安全管理的作用。Realm的配置使用name为UserDatabase的资源实现。而该资源在Server元素中使用GlobalNamingResources配置,GlobalNamingResources元素定义了全局资源,通过配置可以看出,该配置是通过读取$TOMCAT_HOME/ conf/tomcat-users.xml实现的。

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