框架源码私享笔记(01)Tomcat核心架构功能 | 配置详解

读书笔记：对《活出意义来》这本书的序言特别有感触。其中：不要以成功为目标，你越是对它念念不忘，就越有可能错过它。因为成功犹如幸福，不是追求就能得到；它必须因缘际会...它实际是一个人经心全意投入并把自己置之度外时，不测获得的副产物。
  外界向你提供的目标，每每以某种奖励吸引着你追随。我们理应拒绝外在的奖励刺激-外驱力，必要自己创建’内奖‘-内驱力。即选定自己的目标，在追求目标的努力中，获得内心的秩序和成长的乐趣。
  

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一、Tomcat概述
二、Tomcat核心功能
2.1 connector-网络毗连器
2.1.1 三种IO模型
2.2 container-servlet 容器
2.2.1 Container的主要功能
2.2.2 Container的容器布局
三、Tomcat架构解析
四、tomcat server.xml配置说明

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一、Tomcat概述

Tomcat是Apache基金会基于Java开发开源的web容器。Tomcat应用服务器，又称“汤姆猫”，它开源、轻量、易于集成、社区背书支持的特性，深受Java开发者偏幸。尤其是Tomcat专注于处理servlet和jsp的出色能力深得研发者信赖（固然目前jsp用的企业已经很少，瓶颈在于互联网高并发期间配景下，jsp的响应和吞吐量很难满足需求）。
web服务器除了Tomcat，另有我们认识的Nginx、Apache。Nginx主要用于静态资源、反向署理、负载均衡服务器。而Apache服务器主要用于静态页面和http哀求，别的它有丰富的模块和插件，支持扩展实现负载均衡、虚拟主机等。
本日也是先从架构原理核心功能开头，有个大抵了解，背面在对具体某个核心组件进行详细分享。
二、Tomcat核心功能

Tomcat核心功能有2个：网络毗连器功能+servlet容器功能。
网络毗连器功能，负责是接收客户端的http哀求，并将http哀求转给对应servlet进行处理，以及将servlet处理结果返回给客户端。具体是专注处理来自外部的socket毗连哀求，并将对应IO字节流转成对应Request和Response对象。可以说，网络毗连器就是外交官，专注处理外部通讯事宜。
servlet容器功能，复杂加载和管理servlet，以及处理具体的Request哀求。servlet容器就是真正的内务管家，处理内部具体业务逻辑事宜，也就是我们的接口逻辑。

这两个核心功能对应Tomcat两个核心源码组件，分别是毗连器connector类，容器container接口。
2.1 connector-网络毗连器

connector之所以可以负责接收和响应外部的哀求，是因为内里有个协议处理器ProtocolHandler，专门负责处理socket通讯。Tomcat 8.0 支持的网络协议有http/1.1另有AJP/1.3 两个协议，而Tomcat8.5之后版本则新增支持下一代http/2.0协议。
2.1.1 三种IO模型

两种协议底层应用的网络IO模型，主要实现都是NIO，NIO2两个模型，别的另有一个APR模型。

三个IO模型核心特点和实用场景具体如下：
NIO ，全称Non-blocking I/O，是jdk1.4开始引入，并基于Java NIO类库的channel、buffer、selector去实现多路复用的NIO。具体是允许一个线程同时管理多个channel通道，当一个channel有读写IO事件，selector选择器再关照线程去处理，也就是允许每个线程管理多个IO操作，不像BIO是1V1那样干等，得当高并发毗连数多的场景。
NIO2，全称Non-blocking I/O 2，别的也叫Asynchronous I/O，所以也称为AIO。在jdk7开始引入的异步非壅闭I/O，基于jdk 7的NIO2类库实现。具体是基于事件和回调机制，通过AsynchronousSocketChannel实现异步IO操作，办理数据复制阶段壅闭问题，允许应用程序直接返回不消壅闭。NIO2比NIO得当更高并发和复杂场景的应用，比如大数据处理、高性能网络服务器。
而APR模型（Apache Portable Runtime），是通过C/C++实现封装Unix的IO操作，可以跨平台使用，由于与操作系统底层直接交互，性能优于NIO和NIO2。得当性能要求极高的静态资源和大型web高并发哀求场景。
这里附带说一下BIO，虽然BIO性能不佳，但是日常平凡性能要求场景，我们照旧经常使用和见到BIO。BIO是使用java.io里的FileInputStream和FileOutputStream进行读写操作，由于每次读写必要线程等待完成，导致效率低下性能不佳。

2.1.2 connector的核心组件

毗连器内里有2个核心组件，一个是protocolHandler协议处理器，一个是Adapter适配器。源码filed视图：

ProtocolHandler接口，用来处理具体的tcp\http哀求。
Adapter适配器，则将ProtocolHandler处理处理的http哀求Request，转换成servlet容器能处理的servletRequest。

protocolHandler内部的核心功能，是通过Endpoint和Processor两个核心组件实现具体的协议处理:
其中Endpoint负责监听端口，实现了TCP/IP协议，专门处理socket数据流信息。
而Processor实现http协议，接收Endpoint发过来的socket字节流数据，通过http协议格式解析相关数据，转换成Tomcat的Request对象，末了通过Adapter提交到servlet容器处理。

对于协议处理器，Tomcat提供了以下7个实现类，包罗我们常见的基于NIO、NIO2模型并实现http1.1协议、Ajp协议的几个处理器。

protocolHandler处理了网络毗连并得到相关哀求对象，为何不直接转给Container容器处理？
为什么必要Adapter适配器去中转？
由于每个协议格式数据不一样，Tomcat通过协议处理器，得到Tomcat的Request对象（org.apache.coyote.Request）。然而servlet容器里定义了自己的ServletRequest对象（HttpServletRequest），为了解耦两者通过Adapter适配器进行转换。
Adapter适配器的存在，就是为了桥接tomcat的Request对象与标准的ServletRequest对象之间的差异，确保Tomcat毗连器可以或许顺利地与Servlet容器进行交互，同时保持系统的机动性和扩展性。
2.2 Servlet Container容器

container容器核心功能，主要负责处理网络毗连器connector发过来的ServletRequest哀求。

2.2.1 Container的主要功能

它主要的功能有：
1、负责管理Servlet的生命周期，包罗Servlet的初始化、服务处理、销毁等。
2、负责http哀求的调度与执行。当connector毗连器接收到客户端http哀求后，会将哀求转给对应Container容器，Container根据哀求路径和配置信息，找到对应的Servlet并调用服务方法处理哀求。
3、负责响应天生HttpServletResponse对象，并返回给connector，通过connector返回给客户端。
2.2.2 Container的容器布局

Servlet web容器里，主要有四大组：engine、host、context、wrapper。彼此是父子层级关系，具体包含层级关系如下图：

Engine：代表Servlet引擎，一个Service只能有一个engine引擎，用来管理多个虚拟站点host。
Host：代表一个虚拟主机、站点。一个tomcat可以配置多个虚拟主机地点，然后内里可以包含多个context。
Context：表示一个web服务程序。也就是我们最认识的一个个应用。
wrapper：表示一个Servlet，是Container容器中最底层，没有下一级子类。
如上图所见，自上而下，有点像二叉树分散开来，tomcat通过组合模式来管理这些父子关系容器。
这四种容器，都统一实现了Container接口。他们的几个在server.xml有相关配置标签配置参数。

三、Tomcat架构解析

刚才已经对核心功能的connector、Container进行了详细介绍，接下来从团体再看。团体外部组件就比较简单。
直接看tomcat的server.xml文件可见其构成，server.xml我们非常认识，看起来更加直观，一目了然。

1. <Server port="8005" shutdown="SHUTDOWN">
2.   <Service name="Catalina">
3.     <Connector port="8080" protocol="HTTP/1.1"/>
4.     <Engine name="Catalina" defaultHost="localhost">
5.       <Host name="localhost" appBase="webapps" unpackWARs="true" autoDeploy="true">
6.         <Context path="/ladingjieniu" docBase="ladingjieniu.war"/>  
7.       </Host>
8.     </Engine>
9.   </Service>
10. </Server>

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server：是tomcat的最顶级容器，一个tomcat里只有一个server。server表示tomcatServlet容器以及其他组件，负责组装并启动关闭connector毗连器、Servlet容器引擎。
service：一个server有多个service。service的出现，关键在于办理了网络协议解析和Servlet容器解耦问题，具体是整合多个connector毗连器和Container（内里只有一个engine Servlet引擎）绑定到一起，便于两个核心功能的维护和扩展。
connector、Container就和上文说的一致。一个主要负责处理外部的tcp、http哀求。另一个是具体负责Servlet哀求逻辑。

彼此之间的父子层级和关联数目关系如下，一个server有多个service，一个service只有一个engine引擎，一个engine可以配置多个host虚拟站点，而一个host可以有多个context web服务，一个context web服务里有多个Servlet wrapper。

四、tomcat server.xml 配置说明

1. <?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?>
2. <!--
3. Server是tomcat的最顶级容器，是server.xml的最外层标签，代表整个tomcat容器
4. 参数port，是tomcat用来监听shutdown命令的TCP/IP端口号，默认为
5. 8005。设置为-1，表示禁止通过端口关闭Tomcat，此时shutdown.bat/sh命令不能使用。
6. 如果在一台服务器启动多个tomcat服务实例，该端口需保持差异。
7. shutdown，用来指定shutdown 命令的别名,默认值SHUTDOWN
8. -->
9. <Server port="8005" shutdown="SHUTDOWN">
10.     <!--监听器组件,不同组件功能不一样-->
11.     <Listener className="org.apache.catalina.startup.VersionLoggerListener"/>
12.     <Listener className="org.apache.catalina.core.AprLifecycleListener" SSLEngine="on"/>
13.    
14.     <!--配置全局JNDI资源-->
15.     <GlobalNamingResources>
16.         <!-- 用户数据库Realm，配合tomcat-users.xml，管理tomcat host manager的用户身份验证 -->
17.         <Resource name="ladingjieniu" auth="Container"
18.                   type="org.apache.catalina.UserDatabase"
19.                   description="User database that can be updated and saved"
20.                   factory="org.apache.catalina.users.MemoryUserDatabaseFactory"
21.                   pathname="conf/tomcat-users.xml"/>
22.     </GlobalNamingResources>
24.     <!--
25.      一个server里有多个service，里面有一个engine和多个connector。相当于一个服务
26.      可以配置多个connector去监听外部请求，并在engine Servlet处理。
27.     -->
28.     <Service name="Catalina">
29.         <!-- 供Service内各个Connector组件共享使用的线程池执行器，我们可以定义多个命名线程池 -->
30.         <!--
31.         配置连接器使用连接池参数：
32.         maxThreads：最大并发数
33.         minSpareThreads：线程池的核心线程数
34.         maxIdleTime：Executor中空闲线程超时关闭的毫秒数，默认1分钟
35.         maxConnections 与tomcat建立的最大socket连接数，默认是10000
36.         acceptCount；请求的队列最大长度，默认是100
37.         -->
38.         <Executor name="tomcatThreadPool" namePrefix="ladingjieniushuojishu-exec-"
39.             maxThreads="100" minSpareThreads="50"/>
41.         <!-- 连接器组件，负责接收和响应连接，然后创建Request和Response对象转发给engine
42.              默认连接器，监听端口8080，并支持HTTP/1.1协议，支持指定命名共享线程池的连接器。
43.              port:连接器监听的请求端口，必须唯一
44.              protocol：连接器监听的请求协议类型,默认是http/1.1
45.              redirectPort：如果当前连接器不支持SSL（HTTPS）请求，但是收到SSL（HTTPS）请求时，Catalina将重定向至指定端口的Connector。
46.              URIEncoding：用于解码URL的字符编码，则默认使用 UTF-8。
47.              connectionTimeout：此连接器在建立连接之后等待请求URI的超时时间（毫秒），默认值为60000（即 60秒）。
48.              当client与tomcat建立连接之后，在"connectionTimeout"时间之内，仍然没有得到client的请求数据，此时连接将会被断开。
49.              maxConnections：tomcat在任何给定时间能同时接收和处理的最大连接数，默认1w。
50.              acceptCount：当同时连接数超过maxConnections时，系统会继续接收连接，并放入Accept等待队列的长度，默认是100.
51.              同时连接数超过maxConnections，且等待队列也放满，后续收到的请求都将被直接拒绝。
52.             
53.         -->
54.         <Connector port="8080" protocol="HTTP/1.1"
55.                    connectionTimeout="20000" executor="tomcatThreadPool"
56.                    redirectPort="8443"/>
58.         <!--在端口8009上定义使用AJP/1.3协议访问的连接器-->
59.         <!--
60.         <Connector protocol="AJP/1.3"
61.                    address="::1"
62.                    port="8009"
63.                    redirectPort="8443" />
64.         -->
66.         <!--
67.         请求处理组件，一个Service标签只能有一个Engine标签
68.         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，最终响应给客户端。
69.         -->
70.         <Engine name="Catalina" defaultHost="localhost">
71.             <!--
72.             一个虚拟主机，可以指定应用程序的基本目录，包含了一个或多个Web应用
73.             默认的虚拟主机名为"localhost"，
74.             如果配置多个Host，可以让一个tomcat支持从不同的域名访问Web应用。
75.             autoDeploy ： Tomcat 在 运行时应定期检查新的或更新的 Web 应用程序。
76.             appBase ：虚拟主机的应用程序基础目录。
77.             unpackWARs：是否将Web应用的WAR文件解压。如果为true，则先解压然后运行解压的Web应用，如果为false，直接使用WAR文件运行Web应用。
78.             -->
79.             <Host name="localhost" appBase="webapps"
80.                   unpackWARs="true" autoDeploy="true">
81.                 <!--通过日志记录在该Host中处理的相关请求-->
82.                 <Valve className="org.apache.catalina.valves.AccessLogValve" directory="logs"
83.                        prefix="localhost_access_log" suffix=".txt"
84.                        pattern="%h %l %u %t &quot;%r&quot; %s %b"/>
85.             </Host>
86.             <!--
87.             支持配置多个web服务，域名映射， 需要修改本地hosts文件 。
88.             -->
89.             <Host name="www.ladingjieniu.com" appBase="lading" unpackWARs="true" autoDeploy="true">
90.             <!--
91.             Context的path，表示该 Web 应用程序的虚拟上下文路径。
92.             docBase，表示web应用程序的物理根目录，若该路径是相对路径的话，则是相对于appBase而言，若是绝对路径，则与appBase无关。
93.             reloadable是否支持重新加载web应用程序类，默认为false。
94.             如果设为true，Tomcat服务器在运行时会监视在WEB-INF/classes和Web-INF/lib目录下的class文件变化，服务器自重新加载该Web应用。
96.             -->
97.                   <Context docBase="/app/ladingjieniu/myweb-1.0-SNAPSHOT" path="/myweb" reloadable="true" />
98.             </Host>
99.         </Engine>
100.     </Service>
101. </Server>

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