Tomcat启动过程原理详解

 

基于Java的Web 应用程序是 servlet、JSP 页面、静态页面、类和其他资源的集合，它们可以用标准方式打包，并运行在来自多个供应商的多个容器。Web 应用程序存在于结构化层次结构的目录中，该层次结构是由 Java Servlet 规范定义的。Web 应用程序的根目录包含直接存储或存储在子文件夹中的所有公共资源，比如图像、HTML 页面等。构成：Web应用由Web组件(一组Java类库)、html文件，静态资源文件（如图像）、帮助类和库组成。

Tomcat 服务器是一个免费的开放源代码的Web 应用服务器。
Tomcat 是一个小型的轻量级应用服务器，在中小型系统和并发访问用户不是很多的场合下被普遍使用，是开发和调试JSP 程序的首选。对于一个初学者来说，可以这样认为，当在一台机器上配置好Apache 服务器，可利用它响应对HTML 页面的访问请求。实际上Tomcat 部分是Apache 服务器的扩展，但它是独立运行的，所以当你运行tomcat 时，它实际上作为一个与Apache 独立的进程单独运行的。 
这里的诀窍是，当配置正确时，Apache 为HTML页面服务，而Tomcat 实际上运行JSP 页面和Servlet。另外，Tomcat和IIS、Apache等Web服务器一样，具有处理HTML页面的功能，另外它还是一个Servlet和JSP容器，独立的Servlet容器是Tomcat的默认模式。不过，Tomcat处理静态HTML的能力不如Apache服务器。

1 – Tomcat Server的组成部分

1.1 – Server

A Server element represents the entire Catalina servlet container. (Singleton)

Server表示整个的Catalina Servlet容器。  Tomcat提供了Server接口的一个默认实现，这通常不需要用户自己去实现。在Server容器中，可以包含一个或多个Service组件。

1.2 – Service

A Service element represents the combination of one or more Connector components that share a single Engine
Service是这样一个集合：它由一个或者多个Connector组成，以及一个Engine，负责处理所有Connector所获得的客户请求

Service是存活在Server内部的中间组件，它将一个或多个连接器（Connector）组件绑定到一个单独的引擎（Engine）上。在Server中，可以包含一个或多个Service组件。Service也很少由用户定制，Tomcat提供了Service接口的默认实现，而这种实现既简单又能满足应用。

1.3 – Connector

一个Connector将在某个指定端口上侦听客户请求，并将获得的请求交给Engine来处理，从Engine处获得回应并返回客户TOMCAT有两个典型的Connector，一个直接侦听来自browser的http请求，一个侦听来自其它WebServer的请求Coyote Http/1.1 Connector 在端口8080处侦听来自客户browser的http请求Coyote JK2 Connector 在端口8009处侦听来自其它WebServer(Apache)的servlet/jsp代理请求

连接器（Connector）处理与客户端的通信，它负责接收客户请求，以及向客户返回响应结果。在Tomcat中，有多个连接器可以使用。

1.4 – Engine

The Engine element represents the entire request processing machinery associated with a particular Service It receives and processes all requests from one or more Connectorsand returns the completed response to the Connector for ultimate transmission back to the client
Engine下可以配置多个虚拟主机Virtual Host，每个虚拟主机都有一个域名当Engine获得一个请求时，它把该请求匹配到某个Host上，然后把该请求交给该Host来处理Engine有一个默认虚拟主机，当请求无法匹配到任何一个Host上的时候，将交给该默认Host来处理

在Tomcat中，每个Service只能包含一个Servlet引擎（Engine）。引擎表示一个特定的Service的请求处理流水线。作为一个Service可以有多个连接器，引擎从连接器接收和处理所有的请求，将响应返回给适合的连接器，通过连接器传输给用户。用户允许通过实现Engine接口提供自定义的引擎，但通常不需要这么做。

1.5 – Host

代表一个Virtual Host，虚拟主机，每个虚拟主机和某个网络域名Domain Name相匹配每个虚拟主机下都可以部署(deploy)一个或者多个Web App，每个Web App对应于一个Context，有一个Context path当Host获得一个请求时，将把该请求匹配到某个Context上，然后把该请求交给该Context来处理匹配的方法是“最长匹配”，所以一个path==”"的Context将成为该Host的默认Context所有无法和其它Context的路径名匹配的请求都将最终和该默认Context匹配

Host表示一个虚拟主机，一个引擎可以包含多个Host。用户通常不需要创建自定义的Host，因为Tomcat给出的Host接口的实现（类StandardHost）提供了重要的附加功能。

1.6 – Context

一个Context对应于一个Web Application，一个Web Application由一个或者多个Servlet组成Context在创建的时候将根据配置文件$CATALINA_HOME/conf/web.xml和$WEBAPP_HOME/WEB-INF/web.xml载入Servlet类当Context获得请求时，将在自己的映射表(mapping table)中寻找相匹配的Servlet类如果找到，则执行该类，获得请求的回应，并返回

一个Context表示了一个Web应用程序，运行在特定的虚拟主机中。什么是Web应用程序呢？在Sun公司发布的Java Servlet规范中，对Web应用程序做出了如下的定义：“一个Web应用程序是由一组Servlet、HTML页面、类，以及其他的资源组成的运行在Web服务器上的完整的应用程序。它可以在多个供应商提供的实现了Servlet规范的Web容器中运行”。一个Host可以包含多个Context（代表Web应用程序），每一个Context都有一个唯一的路径。用户通常不需要创建自定义的Context，因为Tomcat给出的Context接口的实现（类StandardContext）提供了重要的附加功能。

2 – Tomcat Server的结构图

3 – 配置文件$CATALINA_HOME/conf/server.xml的说明

该文件描述了如何启动Tomcat Server

 

<!----------------------------------------------------------------------------------------------->

<!-- 启动Server 在端口8005处等待关闭命令 如果接受到"SHUTDOWN"字符串则关闭服务器 -->

<Server port="8005" shutdown="SHUTDOWN" debug="0">

<!-- Listener ??? 目前没有看到这里 -->

<Listener className="org.apache.catalina.mbeans.ServerLifecycleListener" debug="0"/>

<Listener className="org.apache.catalina.mbeans.GlobalResourcesLifecycleListener" debug="0"/>

<!-- Global JNDI resources ??? 目前没有看到这里，先略去 -->

<GlobalNamingResources>

... ... ... ...

</GlobalNamingResources>

<!-- Tomcat的Standalone Service Service是一组Connector的集合 它们共用一个Engine来处理所有Connector收到的请求 -->

<Service name="Tomcat-Standalone">

<!-- Coyote HTTP/1.1 Connector className : 该Connector的实现类是org.apache.coyote.tomcat4.CoyoteConnector port :

在端口号8080处侦听来自客户browser的HTTP1.1请求 minProcessors : 该Connector先创建5个线程等待客户请求，

每个请求由一个线程负责 maxProcessors : 当现有的线程不够服务客户请求时，若线程总数不足75个，则创建新线程来处理请求

acceptCount : 当现有线程已经达到最大数75时，为客户请求排队 当队列中请求数超过100时，后来的请求返回Connection refused

错误 redirectport : 当客户请求是https时，把该请求转发到端口8443去 其它属性略 -->

<Connector className="org.apache.coyote.tomcat4.CoyoteConnector"

port="8080"

minProcessors="5" maxProcessors="75" acceptCount="100"

enableLookups="true"

redirectPort="8443"

debug="0"

connectionTimeout="20000"

useURIValidationHack="false"

disableUploadTimeout="true" />

<!-- Engine用来处理Connector收到的Http请求 它将匹配请求和自己的虚拟主机，

并把请求转交给对应的Host来处理默认虚拟主机是localhost -->

<Engine name="Standalone" defaultHost="localhost" debug="0">

<!-- 日志类，目前没有看到，略去先 -->

<Logger className="org.apache.catalina.logger.FileLogger" .../>

<!-- Realm，目前没有看到，略去先 -->

<Realm className="org.apache.catalina.realm.UserDatabaseRealm" .../>

<!-- 虚拟主机localhost appBase : 该虚拟主机的根目录是webapps/ 它将匹配请求和

自己的Context的路径，并把请求转交给对应的Context来处理 -->

<Host name="localhost" debug="0" appBase="webapps" unpackWARs="true" autoDeploy="true">

<!-- 日志类，目前没有看到，略去先 -->

<Logger className="org.apache.catalina.logger.FileLogger" .../>

<!-- Context，对应于一个Web App path : 该Context的路径名是""，故该Context是该Host的

默认Context docBase : 该Context的根目录是webapps/mycontext/ -->

<Context path="" docBase="mycontext" debug="0"/>

<!-- 另外一个Context，路径名是/wsota -->

<Context path="/wsota" docBase="wsotaProject" debug="0"/>

</Host>

</Engine>

</Service>

</Server>

<!----------------------------------------------------------------------------------------------->

4 – Context的部署配置文件web.xml的说明

一个Context对应于一个Web App，每个Web App是由一个或者多个servlet组成的
当一个Web App被初始化的时候，它将用自己的ClassLoader对象载入“部署配置文件web.xml”中定义的每个servlet类
它首先载入在$CATALINA_HOME/conf/web.xml中部署的servlet类
然后载入在自己的Web App根目录下的WEB-INF/web.xml中部署的servlet类
web.xml文件有两部分：servlet类定义和servlet映射定义
每个被载入的servlet类都有一个名字，且被填入该Context的映射表(mapping table)中，和某种URL PATTERN对应
当该Context获得请求时，将查询mapping table，找到被请求的servlet，并执行以获得请求回应

分析一下所有的Context共享的web.xml文件，在其中定义的servlet被所有的Web App载入

 

<!----------------------------------------------------------------------------------------------->

<web-app>

<!-- 概述： 该文件是所有的WEB APP共用的部署配置文件， 每当一个WEB APP

被DEPLOY，该文件都将先被处理，然后才是WEB APP自己的/WEB-INF/web.xml -->

<!-- +-------------------------+ -->

<!-- | servlet类定义部分 | -->

<!-- +-------------------------+ -->

<!-- DefaultServlet

当用户的HTTP请求无法匹配任何一个servlet的时候，该servlet被执行

URL PATTERN MAPPING : / -->

<servlet>

<servlet-name>default</servlet-name>

<servlet-class>

org.apache.catalina.servlets.DefaultServlet

</servlet-class>

<init-param>

<param-name>debug</param-name>

<param-value>0</param-value>

</init-param>

<init-param>

<param-name>listings</param-name>

<param-value>true</param-value>

</init-param>

<load-on-startup>1</load-on-startup>

</servlet>

<!-- InvokerServlet

处理一个WEB APP中的匿名servlet 当一个servlet被编写并编译放入

/WEB-INF/classes/中，却没有在/WEB-INF/web.xml中定义的时候

该servlet被调用，把匿名servlet映射成/servlet/ClassName的形式

URL PATTERN MAPPING : /servlet/* -->

<servlet>

<servlet-name>invoker</servlet-name>

<servlet-class>org.apache.catalina.servlets.InvokerServlet </servlet-class>

<init-param>

<param-name>debug</param-name>

<param-value>0</param-value>

</init-param>

<load-on-startup>2</load-on-startup>

</servlet>

<!-- JspServlet

当请求的是一个JSP页面的时候（*.jsp）该servlet被调用

它是一个JSP编译器，将请求的JSP页面编译成为servlet再执行

URL PATTERN MAPPING : *.jsp -->

<servlet>

<servlet-name>jsp</servlet-name>

<servlet-class>org.apache.jasper.servlet.JspServlet</servlet-class>

<init-param>

<param-name>logVerbosityLevel</param-name>

<param-value>WARNING</param-value>

</init-param>

<load-on-startup>3</load-on-startup>

</servlet>

<!-- +---------------------------+ -->

<!-- | servlet映射定义部分 | -->

<!-- +---------------------------+ -->

<servlet-mapping>

<servlet-name>default</servlet-name>

<url-pattern>/</url-pattern>

</servlet-mapping>

<servlet-mapping>

<servlet-name>invoker</servlet-name>

<url-pattern>/servlet/*</url-pattern>

</servlet-mapping>

<servlet-mapping>

<servlet-name>jsp</servlet-name>

<url-pattern>*.jsp</url-pattern>

</servlet-mapping>

<!-- +------------------------+ -->

<!-- | 其它部分，略去先 | -->

<!-- +------------------------+ -->

... ... ... ...

</web-app>

<!----------------------------------------------------------------------------------------------->

5 – Tomcat Server处理一个http请求的过程

假设来自客户的请求为：
http://localhost:8080/wsota/wsota_index.jsp
1) 请求被发送到本机端口8080，被在那里侦听的Coyote HTTP/1.1 Connector获得
2) Connector把该请求交给它所在的Service的Engine来处理  ，并等待来自Engine的回应
3) Engine获得请求localhost/wsota/wsota_index.jsp，匹配它所拥有的所有虚拟主机Host
4) Engine匹配到名为localhost的Host（即使匹配不到也把请求交给该Host处理，因为该Host被定义为该Engine的默认主机）
5) localhost Host获得请求/wsota/wsota_index.jsp，匹配它所拥有的所有Context
6) Host匹配到路径为/wsota的Context（如果匹配不到就把该请求交给路径名为”"的Context去处理）
7) path=”/wsota”的Context获得请求/wsota_index.jsp，在它的mapping table中寻找对应的servlet
8) Context匹配到URL PATTERN为*.jsp的servlet，对应于JspServlet类
9) 构造HttpServletRequest对象和HttpServletResponse对象，作为参数调用JspServlet的doGet或doPost方法
10)Context把执行完了之后的HttpServletResponse对象返回给Host
11)Host把HttpServletResponse对象返回给Engine
12)Engine把HttpServletResponse对象返回给Connector
13)Connector把HttpServletResponse对象返回给客户browser