Tomcat -- 整体架构-程序员の小站

Tomcat实现了两个核心功能:

处理Socket链接，负责网络字节流与Request和Response对象的转化
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)和容器(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。

1. 连接器 - Coyote

Coyote 是Tomcat的连接器框架的名称 , 是Tomcat服务器提供的供客户端访问的外部接口。客户端通过Coyote与服务器建立连接、发送请求并接受响应。

Coyote 封装了底层的网络通信（Socket 请求及响应处理），为Catalina 容器提供了统一的接口，使Catalina 容器与具体的请求协议及IO操作方式完全解耦。Coyote 将Socket 输入转换封装为 Request 对象，交由Catalina 容器进行处理，处理请求完成后, Catalina 通过Coyote 提供的Response 对象将结果写入输出流。

Coyote 作为独立的模块，只负责具体协议和IO的相关操作，与Servlet 规范实现没有直接关系，因此即便是 Request 和 Response 对象也并未实现Servlet规范对应的接口，而是在Catalina中将他们进一步封装为ServletRequest 和 ServletResponse 。

1.1 IO模型与协议

在Coyote中， Tomcat支持的多种I/O模型和应用层协议，具体包含哪些IO模型和应用层协议,具体协议如下:
Tomcat 支持的IO模型（自8.5/9.0 版本起，Tomcat 移除了对 BIO 的支持）

IO模型	描述
NIO	非阻塞I/O，采用Java NIO类库实现。
NIO2	异步I/O，采用JDK 7最新的NIO2类库实现。
APR	采用Apache可移植运行库实现，是C/C++编写的本地库。如果选择该方案，需要单独安装APR库。

Tomcat支持的应用层协议:

应用层协议	描述
HTTP/1.1	这是大部分Web应用采用的访问协议。
AJP	用于和Web服务器集成（如Apache），以实现对静态资源的优化以及集群部署，当前支持AJP/1.3
HTTP/2	HTTP 2.0大幅度的提升了Web性能。下一代HTTP协议，自8.5以及9.0版本后支持
在8.0之前， Tomcat 默认采用的I/O方式为 BIO ，之后改为 NIO。无论 NIO、NIO2还是APR，在性能方面均优于以往的BIO。如果采用APR，甚至可以达到 Apache HTTP Server 的影响性能。

Tomcat为了实现支持多种I/O模型和应用层协议，一个容器可能对接多个连接器，就好比一个房间有多个门。但是单独的连接器或者容器都不能对外提供服务，需要把它们组装起来才能工作，组装后这个整体叫作Service组件。这里请你注意，Service本身没有做什么重要的事情，只是在连接器和容器外面多包了一层，把它们组装在一起。Tomcat内可能有多个Service，这样的设计也是出于灵活性的考虑。通过在Tomcat中配置多个 Service，可以实现通过不同的端口号来访问同一台机器上部署的不同应用。

1.2 连接器组件

EndPoint

EndPoint：Coyote通信端点，即通信监听端口，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)，

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。

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 。

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。

2. 容器 - Catalina

Tomcat是一个由一系列可配置的组件构成的Web容器，而Catalina是Tomcat的Servlet容器。
Catalina是Servlet 容器实现，包含了之前讲到的所有的容器组件，以及后续章节涉及到的安全、会话、集群、管理等Servlet 容器架构的各个方面。它通过松耦合的方式集成 Coyote，以完成按照请求协议进行数据读写。同时，它还包括我们的启动入口、Shell程序等。

Tomcat的模块封层结构图:
Tomcat模块分层示意图
Tomcat本质上就是一款Servlet容器，因此Catalina才是Tomcat的核心，其他模块都是为Catalina提供支撑的。比如:通过Coyote 模块提供链接通信，Jasper 模块提供 JSP引擎，Naming 提供JNDI 服务，Juli 提供日志服务。

Catalina的主要组件结构如下:
Catalina主要组件
如上图所示,Catalina负责管理Server,而Server表示着整个服务器。Server下面有多个服务Service,每个服务都包含着多个连接器组件Connector(Coyote实现)和一个容器组件Container。在Tomcat启动的时候,会初始化一个Catalina的实例。

Catalina各个组件的职责:

组件	职责
Catalina	负责解析Tomcat的配置文件，以此来创建服务器Server组件，并根据命令来对其进行管理
Server	服务器表示整个Catalina Server容器以及其他组件，负责足奖并启动Servlet引擎，Tomcat连接器。Server通过实现Lifecycle接口，提供了一种优雅的启动和关闭系统的方式
Service	服务是Server内部的组件，一个Server包含多个Service。它将若干个Connector组件绑定到一个Container(Engine)上
Connector	连接器，处理与客户端的通信，它负责接收客户请求，然后转给相关的容器处理，最后向客户返回响应结果
Container	容器，负责处理用户的servlet的请求，并返回对象给web用户的模块

Container结构:
Tomcat设计了4种容器，分别是Engine、Host、Context和Wrapper。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。

容器	描述
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
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
Context	表示一个Web应用程序，一个Web应用可包含多个Wrapper
Wrapper	表示一个Servlet，Wrapper 作为容器中的最底层，不能包含子容器

我们也可以通过Tomcat的server.xml配置文件来加深对Tomcat容器的理解。Tomcat采用了组件化的设计，它的构成组件是可配置的，其中最外层的是Server,其他组件按照一定的格式要求配置在这个顶层的容器中

<?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" />
    <Connector port="8009" protocol="AJP/1.3" redirectPort="8443" />

    <Engine name="Catalina" defaultHost="localhost">
      <Host name="localhost"  appBase="webapps" unpackWARs="true" autoDeploy="true">
        <context></context>
      </Host>
    </Engine>
  </Service>
</Server>

Tomcat是用组合模式来管理这些容器的。具体实现方法是，所有容器组件都实现了Container接口，因此组合模式可以使得用户对单容器对象和组合容器对象的使用具有一致性。这里单容器对象指的是最底层的Wrapper，组合容器对象指的是上面的Context、Host或者Engine。

Container接口中提供了以下的方法(截图中只是一部分)

在上面的接口看到了 getParent、SetParent、addChild和removeChild等方法。Container接口扩展了LifeCycle接口，LifeCycle接口用来统一管理各组件的生命周期。

目录CONTENT

Tomcat -- 整体架构

1. 连接器 - Coyote

1.1 IO模型与协议

1.2 连接器组件

2. 容器 - Catalina

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