Tomcat学习笔记（自用）

Tomcat学习笔记（自用）

该笔记由黑马“Tomcat核心原理解析”整理而成,若有侵权,请联系作者删除

1.简介

Servlet规范把能够发布和运行Javaweb应用的web服务器称为’Servlet容器’，因此，可以理解为Tomcat就是一个servlet容器。

常见的web服务器（servlet容器）：

webLogic：oracle公司，大型的JavaEE服务器，支持所有的JavaEE规范，收费
webSphere：IBM公司，大型的JavaEE服务器，支持所有的JavaEE规范，收费
JBOSS：JBOSS公司的，大型的JavaEE服务器，支持所有的JavaEE规范，收费
Tomcat：Apache基金组织，中小型的JavaEE服务器，仅仅支持少量的JavaEE规范 servlet/jsp。开源，免费

功能：就是负责接收和解析来自客户的请求，同时把客户的请求传送给响应的servlet，并把servlet的响应结果返回给客户

流程：

1.客户发出访问特定Servlet的请求

2.Servlet容器接收客户请求，解析请求
3.Servlet容器创建一个ServletRequest对象：包含客户所有请求信息。（如请求头，请求正文，客户端IP地址等）
4.Servlet容器创建一个ServletResponse对象
5.Servlet容器调用客户请求的Servlet的service()服务方法，并且把ServletRequest对象和ServletResponse对象作为参数传给该方法。

6.Servlet从ServletRequest对象获取客户的请求信息
7.Servlet利用ServletResponse对象生成响应结果

8.Servlet容器把Servlet生成的响应结果发送给客户

目录结构：

bin 存放tomcat启动停止等脚本

conf 相关配置文件

lib tomcat依赖包

logs 日志

webapps 默认应用部署目录

work web应用jsp代码生成和编译

处理http服务请求：

servlet容器以及servlet接口，是用来实现http服务器和业务类之间的解耦。（servlet接口和servlet容器这一套规范叫做servlet规范）

tomcat按照servlet规范的要求实现了servlet容器，具有HTTP服务器的功能，提供http访问的统一入口。

先建立TCP连接，然后再发送HTTP格式的数据包

两个核心组件：

连接器（对外）、容器（对内）

2. coyote连接器

coyote是tomcat连接器框架的名称，是tomcat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，发送请求并接收响应 。

coyote底层封装了底层的网络通信（支持socket请求以及响应的处理），为catalina容器提供了统一的接口，是的catalina容器与具体的请求协议和IO操作方式完全解耦。

coyote将socket输入转换封装成request对象，交给catalina处理，处理完成后，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，只负责具体的协议和IO相关的操作，和servlet规范的实现没有直接关系，coyote生成的response和request 是通过CoyoteAdapter的service方法进一步封装servletReuqest 和 servletResponse

IO模型：默认协议为NIO（非阻塞I/O）

还可支持NIO2（异步IO）、APR（采用Apache可移植运行库实现）

应用层协议：HTTP/2

还可支持HTTP/1.1（访问协议）、AJP（和web服务器集成）

tomcat为了实现支持多种IO模型和应用层协议，一个容器可以对应多个连接器，单独的容器或者连接器不能对外提供服务，需要组装起来才可以工作，组装后的整体叫做service组件。

tomcat支持配置多个service，这样可以实现通过不同端口号来访问同一台机器上部署的不同应用。

组件：

endpoint — processor — adapter

TCP/IP HTTP

1、endpoint：通信端点，就是监听通信的端口，是具体的socket接收和发送处理器，endpoint用来实现TCP/IP协议。 Tomcat 并没有EndPoint 接口，而是提供了一个抽象类AbstractEndpoint (NioEndpoint ，Nio2Endpoint ，AprEndpoint 都继承了AbstractEndpoint)

在AbstractEndpoint类中，重点关注两个内部类 :

1、Acceptor（tomcat10.1.1中已不是内部类）

Acceptor用于监听socket请求，代码在run（）方法中

2、SocketProcessor

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,这个线程池叫作执行器（Executor)

2、processer: coyote协议处理接口

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 : Coyote 协议接口

（ 通过Endpoint 和 Processor ， 实现针对具体协议的处理能力）

可通过Service标签中连接器Connector 的属性 protocol="HTTP/1.1 指定协议名称

4、Adapter：将request，response 转换为 servletRequest， servletResponse

调用的是CoyoteAdapter中的service方法，对请求进行解析适配后，调用容器，其中getcontianer()返回的就是Engine对象

3.catalina（tomcat容器）

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

• 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。

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ConnectorCoyote 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：

组件	职责
Catalina	解析tomcat配置文件，以此创建Server组件，并根据命令进行管理
Server	表示整个Catalina Servlet容器以及其他组件（负责组装并启动Servlet引擎，tomcat连接器）（Lifecycle接口：提供更好的启动关闭系统的方式）
Service	Server内部组件（将若干个Conncetor组件绑定到一个Container上）
Connector	连接器（处理与客户端的通信，负责接收客户请求，然后转给相关容器处理，最后返回响应结果）
Container	容器（处理用户serlvet请求，并返回对象给web用户模块）

container容器结构：

非平行关系，是父子关系（通过一种分层的架构，使得Servlet容器具有很好的灵活性）（一个父可包括多个子，一个子只能有一个父）

容器	描述
Engine	表示整个Cataline的Servlet引擎（管理多个虚拟站点）
Host	代表一个虚拟主机/站点
Context	代表一个Web应用程序
Wrapper	代表一个Servlet

Tomcat 采用了组件化的设计，它的构成组件都是可配置的，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容器中。

这些可以在配置文件server.xml中进行配置

<Server>
	
</Server>

所有容器组件都实现了Container接口(一致性)

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接口中有parent/child相关的方法，用于标识父子关系。

此外，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。

4.tomcat启动流程

初始化或者启动父组件自身，然后调用子组件

步骤：

• 启动tomcat，调用 bin/startup.bat (在linux 目录下 , 需要调用 bin/startup.sh) ， 在startup.bat 脚本中, 调用了catalina.bat。
• 在catalina.bat 脚本文件中，调用了BootStrap 中的main方法。
• 在BootStrap 的main 方法中调用了 init 方法 ， 来创建Catalina 及 初始化类加载器。
• 在BootStrap 的main 方法中调用了 load 方法 ， 在其中又调用了Catalina的load方法。
• 在Catalina 的load 方法中 , 需要进行一些初始化的工作, 并需要构造Digester 对象, 用于解析 XML。
• 然后再调用后续组件的初始化操作…
• 加载Tomcat的配置文件，初始化容器组件 ，监听对应的端口号， 准备接受客户端请求。

5.tomcat请求处理流程

Mapper组件实现了将用户请求的URL定位到一个Servlet的功能，使得tomcat实现每个请求都可以精准的找到对应的servlet。

Mapper组件工作原理：

Mapper组件里保存了Web应用的配置信息（即容器组件与访问路径的映射关系，比如Host容器里配置的域名、Context容器里的Web应用路径，以及Wrapper容器里Servlet映射的路径）相当于一个多层次的Map

当一个请求到来时，Mapper组件通过解析请求URL里的域名和路径，再到自己保存的Map里去查找，就能定位到一个Servlet。

注意：一个请求URL最后只会定位到一个Wrapper容器，也就是一个Servlet

具体步骤:

1、Connector组件Endpoint中的Acceptor监听客户端套接字连接并接收Socket。
2、将连接交给线程池Executor处理，开始执行请求响应任务。
3、Processor组件读取消息报文，解析请求行、请求体、请求头，封装成Request对象。
4、Mapper组件根据请求行的URL值和请求头的Host值匹配由哪个Host容器、Context容器、Wrapper容器处理请求。
5、CoyoteAdaptor组件负责将Connector组件和Engine容器关联起来，把生成的Request对象和响应对象Response传递到Engine容器中，调用 Pipeline。

6、Engine容器的管道开始处理，管道中包含若干个Valve、每个Valve负责部分处理逻辑。执行完Valve后会执行基础的 Valve–StandardEngineValve，负责调用Host容器的Pipeline。
7、Host容器的管道开始处理，流程类似，最后执行 Context容器的Pipeline。
8、Context容器的管道开始处理，流程类似，最后执行 Wrapper容器的Pipeline。
9、Wrapper容器的管道开始处理，流程类似，最后执行 Wrapper容器对应的Servlet对象的处理方法。

在Tomcat中定义了Pipeline 和 Valve 两个接口，Pipeline 用于构建责任链， Valve代表责任链上的每个处理器。

Pipeline 中维护了一个基础的Valve，它始终位于Pipeline的末端（最后执行），封装了具体的请求处理和输出响应的过程。

当然，我们也可以调用addValve()方法， 为Pipeline 添加其他的Valve， 后添加的Valve 位于基础的Valve之前，并按照添加顺序执行。

Pipiline通过获得首个Valve来启动整合链条的执行 。

6.tomcat中的JSP

JSP页面中编写 Java代码，添加第三方的标签库，以及使用EL表达式。但是无论经过何种形式的处理，最终输出到客户端的都是标准的HTML页面（包含js ，css…），并不包含任何的java相关的语法。 故jsp看做是一种运行在服务端的脚本。

• 服务器如何将 JSP页面转换为HTML页面？

Jasper模块是Tomcat的JSP核心引擎，JSP本质上是一个Servlet。

Tomcat使用Jasper对JSP语法进行解析，生成Servlet并生成Class字节码，用户在进行访问jsp时，会访问Servlet，最终将访问的结果直接响应在浏览器端 。

另外，在运行的时候，Jasper还会检测JSP文件是否修改，如果修改，则会重新编译JSP文件。

• JSP的编译方式

tomcat不会在启动web程序的时候自动编译jsp文件，而是在客户端第一次请求时，才编译需要访问的jsp文件（如果安装了Apache Ant，则可以使用ant进行预编译）

当容器启动时，会读取在webapps目录下所有的web应用中的web.xml文件，然后对xml文件进行解析，并读取servlet注册信息。

然后，将每个应用中注册的servlet类都进行加载，并通过反射的方式实例化(Tomcat 创建servlet类实例的方法和原理)

Tomcat 在默认的web.xml 中配置了一个org.apache.jasper.servlet.JspServlet，用于处理所有的.jsp 或.jspx 结尾的请求，该Servlet 实现即是运行时编译的入口。

• 编译过程

1、调用JspServlet的service方法，里面会获取jsp文件路径

如果界面没有传，会根据配置文件配置的servlet-mapping进行查找（上面xml里面有写）

判断当前请求是否是预编译请求，然后执行serviceJspFile()方法

2、 在serviceJspFile()方法中获取JspServletWrapper，然后调用JspServletWrapper的service方法

3、若是第一次调用，则需要编译，在JspServletWrapper的service方法中通过调用JspCompilationContext的compile()方法，再调用Compiler的compile()方法，生成Java文件和class文件。

4 、生成文件之后，JspServletWrapper的service方法加载编译并实例化之后的servlet，然后调用其service()方法，这个service方法就是编译生成的service方法。

编译结果：

如果在 tomcat/conf/web.xml 中配置了参数scratchdir ， 则jsp编译后的结果，就会存储在该目录下。

如果没有配置该选项， 则会将编译后的结果，存储在Tomcat安装目录下的work/Catalina(Engine名称)/localhost(Host名称)/Context名称

如果使用的是 IDEA 开发工具集成Tomcat 访问web工程中的jsp ， 编译后的结果，存放在 ：C:\Users\用户名\AppData\Local\JetBrains\IntelliJIdea2020.1\tomcat\Unnamed_Tomcat8_0\work\Catalina\localhost\jsp_demo\org\apache\jsp

• Jasper编译文件简介

分析：

1. 编译后的类继承自 org.apache.jasper.runtime.HttpJspBase，是HttpServlet的子类，因此jsp本质上就是一个servlet
2. 通过属性 _jspx_dependants 保存了当前JSP页面依赖的资源， 包含引入的外部的JSP页面、导入的标签、标签所在的jar包等，便于后续处理过程中使用（如重新编译检测， 因此它以Map形式保存了每个资源的上次修改时间）。
3. 通过属性 _jspx_imports_packages 存放导入的 java 包， 默认导入 javax.servlet ，javax.servlet.http, javax.servlet.jsp 。
4. 通过属性 _jspx_imports_classes 存放导入的类， 通过import 指令导入的DateFormat 、SimpleDateFormat 、Date 都会包含在该集合中。_jspx_imports_packages 和 _jspx_imports_classes 属性主要用于配置 EL 引擎上下文。
5. 请求处理由方法 _jspService 完成 ， 而在父类 HttpJspBase 中的service 方法通过模板方法模式 ， 调用了子类的 _jspService 方法。
6. _jspService 方法中定义了几个重要的局部变量 ： pageContext 、Session、application、config、out、page。由于整个页面的输出有 _jspService 方法完成，因此这些变量和参数会对整个JSP页面生效。 这也是我们为什么可以在JSP页面使用这些变量的原因。
7. 指定文档类型的指令 （page） 最终转换为 response.setContentType() 方法调用。
8. 对于每一行的静态内容（HTML） ， 调用 out.write 输出。
9. 对于 <% … %> 中的java 代码 ， 将直接转换为 Servlet 类中的代码。 如果在 Java代码中嵌入了静态文件， 则同样调用 out.write 输出。