Tomcat架构设计剖析 | 博学谷狂野架构师-低调大师

Tomcat架构设计剖析 | 博学谷狂野架构师

2023-03-23 898

Tomcat体系架构

Tomcat项目结构

bin目录

bin目录主要是用来存放tomcat的命令，主要有两大类，一类是以.sh结尾的（linux命令），另一类是以.bat结尾的（windows命令）。

很多环境变量的设置都在此处，例如可以设置JDK路径、tomcat路径

startup文件：主要是检查catalina.bat/sh 执行所需环境，并调用catalina.bat 批处理文件。启动tomcat。
catalina文件：真正启动Tomcat文件，可以在里面设置jvm参数。后面性能调优会重点讲
shutdown文件：关闭Tomcat
脚本version.sh、startup.sh、shutdown.sh、configtest.sh都是对catalina.sh的包装，内容大同小异，差异在于功能介绍和调用catalina.sh时的参数不同。
Version：查看当前tomcat的版本号，
Configtest：校验tomcat配置文件server.xml的格式、内容等是否合法、正确。
Service：安装tomcat服务，可用net start tomcat 启动

conf目录

conf目录主要是用来存放tomcat的一些配置文件。

server.xml：可以设置端口号、设置域名或IP、默认加载的项目、请求编码
web.xml：可以设置tomcat支持的文件类型
context.xml：可以用来配置数据源之类的
tomcat-users.xml：用来配置管理tomcat的用户与权限
在Catalina目录下可以设置默认加载的项目

server.xml

COPY<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?>

<!-- Server代表一个 Tomcat 实例。可以包含一个或多个 Services，其中每个Service都有自己的Engines和Connectors。
       port="8005"指定一个端口，这个端口负责监听关闭tomcat的请求
  -->
<Server port="8005" shutdown="SHUTDOWN">
<!-- 监听器 -->
<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" />
<!-- 全局命名资源，定义了UserDatabase的一个JNDI(java命名和目录接口)，通过pathname的文件得到一个用户授权的内存数据库 -->
<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它包含一个<Engine>元素,以及一个或多个<Connector>,这些Connector元素共享用同一个Engine元素 -->
<Service name="Catalina">
<!-- 
         每个Service可以有一个或多个连接器<Connector>元素，
         第一个Connector元素定义了一个HTTP Connector,它通过8080端口接收HTTP请求;第二个Connector元素定
         义了一个JD Connector,它通过8009端口接收由其它服务器转发过来的请求.
     -->
<Connector port="8080" protocol="HTTP/1.1"
                connectionTimeout="20000"
                redirectPort="8443" />
<Connector port="8009" protocol="AJP/1.3" redirectPort="8443" />
<!-- 每个Service只能有一个<Engine>元素 -->
<Engine name="Catalina" defaultHost="localhost">
<Realm className="org.apache.catalina.realm.LockOutRealm">
<Realm className="org.apache.catalina.realm.UserDatabaseRealm"
                resourceName="UserDatabase"/>
</Realm>
<!-- 默认host配置，有几个域名就配置几个Host，但是这种只能是同一个端口号 -->
<Host name="localhost"  appBase="webapps"
             unpackWARs="true" autoDeploy="true">
     　　<!-- Tomcat的访问日志，默认可以关闭掉它，它会在logs文件里生成localhost_access_log的访问日志 -->
<Valve className="org.apache.catalina.valves.AccessLogValve" directory="logs"
                prefix="localhost_access_log" suffix=".txt"
                pattern="%h %l %u %t "%r" %s %b" />
</Host>
<Host name="www.hzg.com"  appBase="webapps"
             unpackWARs="true" autoDeploy="true">
<Context path="" docBase="/myweb1" />
<Valve className="org.apache.catalina.valves.AccessLogValve" directory="logs"
                prefix="hzg_access_log" suffix=".txt"
                pattern="%h %l %u %t "%r" %s %b" />
</Host>
</Engine>
</Service>
</Server>

patter解释

有效的日志格式模式可以参见下面内容，如下字符串，其对应的信息由指定的响应内容取代：

％a - 远程IP地址
％A - 本地IP地址
％b - 发送的字节数，不包括HTTP头，或“ - ”如果没有发送字节
％B - 发送的字节数，不包括HTTP头
％h - 远程主机名
％H - 请求协议
％l (小写的L)- 远程逻辑从identd的用户名（总是返回’ - ‘）
％m - 请求方法
％p - 本地端口
％q - 查询字符串（在前面加上一个“？”如果它存在，否则是一个空字符串
％r - 第一行的要求
％s - 响应的HTTP状态代码
％S - 用户会话ID
％t - 日期和时间，在通用日志格式
％u - 远程用户身份验证
％U - 请求的URL路径
％v - 本地服务器名
％D - 处理请求的时间（以毫秒为单位）

web.xml

Tomcat中所有应用默认的部署描述文件，主要定义了基础的Servlet和MIME映射(mime-mapping 文件类型，其实就是Tomcat处理的文件类型),如果部署的应用中不包含Web.xml，那么Tomcat将使用此文件初始化部署描述，反之，Tomcat会在启动时将默认描述与定义描述配置进行合并。

加载一些tomcat内置的servlet

DefaultServlet默认的,加载静态文件 html,js,jpg等静态文件。

JspServlet专门处理jsp。

context.xml

用于自定义所有Web应用均需要加载的Context配置，如果Web应用指定了自己的context.xml，那么该文件的配置将被覆盖。

context.xml与server.xml中配置context的区别

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context.xml文件则不然，tomcat服务器会定时去扫描这个文件。一旦发现文件被修改（时间戳改变了），就会自动重新加载这个文件，而不需要重启服务器。

catalina.policy

权限相关 Permission ，Tomcat是跑在jvm上的，所以有些默认的权限

tomcat-users.xml

配置Tomcat的server的manager信息

COPY<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?>
<tomcat-users xmlns="http://tomcat.apache.org/xml"
              xmlns:xsi="http://www.w3.org/2001/XMLSchema-instance"
              xsi:schemaLocation="http://tomcat.apache.org/xml tomcat-users.xsd"
              version="1.0">
<role rolename="manager-gui"/>
<user username="manager" password="manager" roles="manager-gui"/>
</tomcat-users>

logging.properties

设置tomcat日志

控制输出不输出内容到文件，不能阻止生成文件，阻止声文件可用注释掉

lib目录

lib目录主要用来存放tomcat运行需要加载的jar包。

例如，像连接数据库的jdbc的包我们可以加入到lib目录中来。

Tomcat的类库，里面是一大堆jar文件。如果需要添加Tomcat依赖的jar文件，可以把它放到这个目录中，当然也可以把应用依赖的jar文件放到这个目录中，这个目录中的jar所有项目都可以共享之，但这样你的应用放到其他Tomcat下时就不能再共享这个目录下的Jar包了，所以建议只把Tomcat需要的Jar包放到这个目录下；

logs目录

logs目录用来存放tomcat在运行过程中产生的日志文件，非常重要的是在控制台输出的日志。（清空不会对tomcat运行带来影响）

这个目录中都是日志文件，记录了Tomcat启动和关闭的信息，如果启动Tomcat时有错误，那么异常也会记录在日志文件中

在windows环境中，控制台的输出日志在catalina.xxxx-xx-xx.log文件中在linux环境中，控制台的输出日志在catalina.out文件中

localhost-xxx.log：Web应用的内部程序日志，建议保留
catalina-xxx.log：控制台日志
host-manager.xxx.log：Tomcat管理页面中的host-manager的操作日志，建议关闭
localhost_access_log_xxx.log：用户请求Tomcat的访问日志（这个文件在conf/server.xml里配置），建议关闭

temp目录

temp目录用户存放tomcat在运行过程中产生的临时文件。（清空不会对tomcat运行带来影响）

webapps目录

webapps目录用来存放应用程序，当tomcat启动时会去加载webapps目录下的应用程序。可以以文件夹、war包、jar包的形式发布应用。

当然，你也可以把应用程序放置在磁盘的任意位置，在配置文件中映射好就行。

存放web项目的目录，其中每个文件夹都是一个项目；如果这个目录下已经存在了目录，那么都是tomcat自带的。项目。其中ROOT是一个特殊的项目，在地址栏中没有给出项目目录时，对应的就是ROOT项目。http://localhost:8080/examples，进入示例项目。其中examples就是项目名，即文件夹的名字。

work目录

work目录用来存放tomcat在运行时的编译后文件，例如JSP编译后的文件。清空work目录，然后重启tomcat，可以达到清除缓存的作用。

运行时生成的文件，最终运行的文件都在这里。通过webapps中的项目生成的！可以把这个目录下的内容删除，再次运行时会生再次生成work目录。当客户端用户访问一个JSP文件时，Tomcat会通过JSP生成Java文件，然后再编译Java文件生成class文件，生成的java和class文件都会存放到这个目录下。

Tomcat组件及架构

Server

Server是最顶级的组件，它代表Tomcat的运行实例，它掌管着整个Tomcat的生死大权；

提供了监听器机制，用于在Tomcat整个生命周期中对不同时间进行处理
提供Tomcat容器全局的命名资源实现，JNDI
监听某个端口以接受SHUTDOWN命令，用于关闭Tomcat

Service

一个概念，一个Service维护多个Connector和一个Container

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。

Connector组件

链接器：监听转换Socket请求，将请求交给Container处理，支持不同协议以及不同的I/O方式

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。

Container

表示能够执行客户端请求并返回响应的一类对象，其中有不同级别的容器：Engine、Host、Context、Wrapper

Engine

整个Servler引擎，最高级的容器对象

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。

Host

表示Servlet引擎中的虚拟机，主要与域名有关，一个服务器有多个域名是可以使用多个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。

Context

用于表示ServletContext,一个ServletContext表示一个独立的Web应用

一个Context对应于一个Web Application，一个WebApplication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。

是Web应用的抽象，Web应用部署到Tomcat后运行时就会转化成Context对象；包含了各种静态资源、若干Servlet（Wrapper容器）以及各种其他动态资源；

包含Listener组件用以在生命周期中对Context相关的事件进行监听；
包含AccessLog组件以记录访问日志；
包含Pipeline组件用以处理请求；
包含Realm组件用以提供安全权限功能；
包含Loader组件用以加载Web应用的资源，保证不同Web应用之间的资源隔离；
包含Manager组件用以管理Web容器的会话，包括维护会话的生成、更新和销毁；
包含NamingResource组件将Tomcat配置文件的server.xml和Web应用的context.xml资源和属性映射到内存中；

Wrapper

用于表示Web应用中定义的Servlet

对应的是Servlet；包含Web应用开发常用的Servlet组件；包含ServletPool组件用以存放Servlet对象，当Web应用的Servlet实现了SingleThreadModel接口时则会再Wrapper中产生一个Servlet对象池，线程执行时，需先从对象池中获取到一个Servlet对象，ServletPool组件能保证Servlet对象的线程安全；包含Pipeline组件用以处理请求。

我们从功能的角度将Tomcat源代码分成5个子模块，它们分别是：

Jsper子模块：这个子模块负责jsp页面的解析、jsp属性的验证，同时也负责将jsp页面动态转换为java代码并编译成class文件。在Tomcat源代码中，凡是属于org.apache.jasper包及其子包中的源代码都属于这个子模块；
Servlet和Jsp规范的实现模块：这个子模块的源代码属于javax.servlet包及其子包，如我们非常熟悉的javax.servlet.Servlet接口、javax.servet.http.HttpServlet类及javax.servlet.jsp.HttpJspPage就位于这个子模块中；
Catalina子模块：这个子模块包含了所有以org.apache.catalina开头的java源代码。该子模块的任务是规范了Tomcat的总体架构，定义了Server、Service、Host、Connector、Context、Session及Cluster等关键组件及这些组件的实现，这个子模块大量运用了Composite设计模式。同时也规范了Catalina的启动及停止等事件的执行流程。从代码阅读的角度看，这个子模块应该是我们阅读和学习的重点。
Connectors子模块：如果说上面三个子模块实现了Tomcat应用服务器的话，那么这个子模块就是Web服务器的实现。所谓连接器(Connector)就是一个连接客户和应用服务器的桥梁，它接收用户的请求，并把用户请求包装成标准的Http请求(包含协议名称，请求头Head，请求方法是Get还是Post等等)。同时，这个子模块还按照标准的Http协议，负责给客户端发送响应页面，比如在请求页面未发现时，connector就会给客户端浏览器发送标准的Http 404错误响应页面。
Resource子模块：这个子模块包含一些资源文件，如Server.xml及Web.xml配置文件。严格说来，这个子模块不包含java源代码，但是它还是Tomcat编译运行所必需的。

Executor

Tomcat组件间可以共享的线程池

Tomcat的并发，提供了Executor接口来表示一个可以在组件间共享的线程池。该接口同样继承LifeCycle接口

共享范围：Executor由Service维护，因此同一个Service中的组件可以共享一个线程池

Tomcat的核心组件

解耦：网络协议与容器的解耦。
Connector：链接器封装了底层的网络请求(Socket请求及相应处理),提供了统一的接口，使Container容器与具体的请求协议以及I/O方式解耦。
Connector：将Socket输入转换成Request对象，交给Container容器进行处理，处理请求后，Container通过Connector提供的Response对象将结果写入输出流。

因为无论是Request对象还是Response对象都没有实现Servlet规范对应的接口，Container会将它们进一步分装成ServletRequest和ServletResponse.

Tomcat的链接器

AJP主要是用于Web服务器与Tomcat服务器集成，AJP采用二进制传输可读性文本，使用保持持久性的TCP链接，使得AJP占用更少的带宽，并且链接开销要小得多，但是由于AJP采用持久化链接，因此有效的连接数较HTTP要更多。

对于I/0选择，要根据业务场景来定，一般高并发场景下，APR和NIO2的性能要优于NIO和BIO，（linux操作系统支持的NIO2由于是一个假的，并没有真正实现AIO，所以一般linux上推荐使用NIO，如果是APR的话，需要安装APR库，而Windows上默认安装了），所以在8.5的版本中默认是NIO。

Tomcat运行流程

假设来自客户的请求为 http://localhost:8080/test/index.jsp

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
Connector把该请求交给它所在的Service的Engine来处理，并等待Engine的回应
Engine获得请求localhost:8080/test/index.jsp，匹配它所有虚拟主机Host
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）
localhost Host获得请求/test/index.jsp，匹配它所拥有的所有Context
Host匹配到路径为/test的Context（如果匹配不到就把该请求交给路径名为””的Context去处理）
path=”/test”的Context获得请求/index.jsp，在它的mapping table中寻找对应的servlet
Context匹配到URL PATTERN为*.jsp的servlet，对应于JspServlet类
构造HttpServletRequest对象和HttpServletResponse对象，作为参数调用JspServlet的doGet或doPost方法
Context把执行完了之后的HttpServletResponse对象返回给Host
Host把HttpServletResponse对象返回给Engine
Engine把HttpServletResponse对象返回给Connector
Connector把HttpServletResponse对象返回给客户browser

本文由传智教育博学谷狂野架构师教研团队发布。

如果本文对您有帮助，欢迎关注和点赞；如果您有任何建议也可留言评论或私信，您的支持是我坚持创作的动力。

转载请注明出处！

微信关注我们

原文链接：https://my.oschina.net/jiagoushi/blog/8590385

转载内容版权归作者及来源网站所有！

低调大师中文资讯倾力打造互联网数据资讯、行业资源、电子商务、移动互联网、网络营销平台。持续更新报道IT业界、互联网、市场资讯、驱动更新,是最及时权威的产业资讯及硬件资讯报道平台。

字节跳动开源 Katalyst：在离线混部调度，成本优化升级

Katalyst 是字节跳动对多年大规模业务云原生化场景中资源管理能力的抽象和总结，我们期望通过 Katalyst 的开源直接或间接的帮助用户做好资源管理，实现降本增效。当下互联网应用以天为单位，在线业务的资源使用情况往往会随着访问数量的波动而变化，具备明显的潮汐特性。为了确保业务稳定性，业务方往往会参考高峰时段的资源使用情况来申请资源，但这部分资源在低峰时段容易被闲置。如果可以把这些闲置资源暂时出让给优先级低的服务，当在线业务需要使用的时候及时将资源归还，形成在离线服务混部，就可以达到削峰填谷，节约成本#的效果。字节跳动云原生混部实践字节跳动业务规模庞大、业务类型多元，其中涵盖了包括微服务、推广搜服务、机器学习与大数据、存储在内的多种业务类型。通常来说，不同业务类型对底层基础设施会有不同的资源管理诉求，传统的管理模式是基于业务线或者服务类型切分资源池，实现定制化需求。但切分资源池的做法容易形成资源孤岛，无法实现资源层面的灵活拆借，不利于全局资源利用效率的提升和业务成本的优化，加重集群运维的负担。此外，由于不同类型业务的 SLO 要求、资源潮汐特性存在互补，基础设施团队期望...

2023-03-24

981

TIDB简介什么是TIDB TiDB 是一个分布式 NewSQL 数据库。它支持水平弹性扩展、ACID 事务、标准 SQL、MySQL 语法和 MySQL 协议，具有数据强一致的高可用特性，是一个不仅适合 OLTP 场景还适合 OLAP 场景的混合数据库。 TiDB 是 PingCAP 公司自主设计、研发的开源分布式关系型数据库，是一款同时支持在线事务处理与在线分析处理 (Hybrid Transactional and Analytical Processing, HTAP）的融合型分布式数据库产品，具备水平扩容或者缩容、金融级高可用、实时 HTAP、云原生的分布式数据库、兼容 MySQL 5.7 协议和 MySQL 生态等重要特性。目标是为用户提供一站式 OLTP (Online Transactional Processing)、OLAP (Online Analytical Processing)、HTAP 解决方案。TiDB 适合高可用、强一致要求较高、数据规模较大等各种应用场景。什么是NewSQL 数据库发展至今已经有3代了： SQL，传统关系型数据库，例如 MySQL...

2023-03-24

383

资源下载

更多资源

Mario

马里奥是站在游戏界顶峰的超人气多面角色。马里奥靠吃蘑菇成长，特征是大鼻子、头戴帽子、身穿背带裤，还留着胡子。与他的双胞胎兄弟路易基一起，长年担任任天堂的招牌角色。

腾讯云软件源

为解决软件依赖安装时官方源访问速度慢的问题，腾讯云为一些软件搭建了缓存服务。您可以通过使用腾讯云软件源站来提升依赖包的安装速度。为了方便用户自由搭建服务架构，目前腾讯云软件源站支持公网访问和内网访问。

Nacos

Nacos /nɑ:kəʊs/ 是 Dynamic Naming and Configuration Service 的首字母简称，一个易于构建 AI Agent 应用的动态服务发现、配置管理和AI智能体管理平台。Nacos 致力于帮助您发现、配置和管理微服务及AI智能体应用。Nacos 提供了一组简单易用的特性集，帮助您快速实现动态服务发现、服务配置、服务元数据、流量管理。Nacos 帮助您更敏捷和容易地构建、交付和管理微服务平台。

WebStorm

WebStorm 是jetbrains公司旗下一款JavaScript 开发工具。目前已经被广大中国JS开发者誉为“Web前端开发神器”、“最强大的HTML5编辑器”、“最智能的JavaScript IDE”等。与IntelliJ IDEA同源，继承了IntelliJ IDEA强大的JS部分的功能。