一、簡介
Tomcat伺服器是一個免費的開放源碼的Web應用伺服器，目前是應用比較廣泛的。
從Tomcat的7.0版本開始支援Servlet3.0規範規範，可以支援我們開發過程中不再配置web.xml。
浏覽器通路伺服器的流程
浏覽器通路伺服器使用的是http協定，http是應用層協定，用于定義資料通信的格式，具體的資料傳輸使用的是TCP/IP協定。
- 1、使用者向浏覽器發起http請求。
- 2、浏覽器接收到使用者請求，向伺服器發起TCP連接配接請求。
- 3、伺服器接收到浏覽器請求，并建立TCP連接配接。
- 4、浏覽器生成HTTP資料包，向伺服器發送資料包。
- 5、伺服器收到浏覽器發送過來的資料包必能解析，執行請求對應的具體邏輯，将傳回資料組裝成http格式包并傳回。
- 6、浏覽器接收到伺服器傳回的http的資料包，解析http資料包，通過浏覽器将相應靜态資源呈現給使用者。
- 1、使用者通過浏覽器進行了一個操作，比如輸入網址并回車，或者是點選連結，接着浏覽 器擷取了這個事件。
- 2、浏覽器向服務端發出TCP連接配接請求。
- 3、服務程式接受浏覽器的連接配接請求，并經過TCP三向交握建立連接配接。
- 4、浏覽器将請求資料打包成一個HTTP協定格式的資料包。
- 5、浏覽器将該資料包推入網絡，資料包經過網絡傳輸，最終達到端服務程式。
- 6、服務端程式拿到這個資料包後，同樣以HTTP協定格式解包，擷取到用戶端的意圖。
- 7、得知用戶端意圖後進行處理，比如提供靜态檔案或者調用服務端程式獲得動态結果。
- 8、伺服器将響應結果（可能是HTML或者圖檔等）按照HTTP協定格式打包。
- 9、伺服器将響應資料包推入網絡，資料包經過網絡傳輸最終達到到浏覽器。
- 10、浏覽器拿到資料包後，以HTTP協定的格式解包，然後解析資料，假設這裡的資料是 HTML。
- 11、浏覽器将HTML檔案展示在頁面上。
那我們想要探究的Tomcat作為一個HTTP伺服器，主要是接受連接配接、解析請求資料、處理請求和發送響應這幾個步驟。
Http伺服器請求處理
浏覽器發給服務端的是一個HTTP格式的請求，HTTP伺服器收到這個請求後，需要調用服務端程式來處理，所謂的服務端程式就是寫的Java類，一般來說不同的請求需要由不同 的Java類來處理。
HTTP伺服器不直接調用業務類，而是把請求交給容器來處理，容器通過Servlet接口調用業務類。是以Servlet接口和Servlet容器的出現，達到了HTTP伺服器與 業務類解耦的目的。而Servlet接口和Servlet容器這一整套規範叫作Servlet規範。 Tomcat按照Servlet規範的要求實作了Servlet容器，同時它們也具有HTTP伺服器的功能。作為Java程式員，如果我們要實作新的業務功能，隻需要實作一個Servlet，并把它注冊到Tomcat（Servlet容器）中，剩下的事情就由Tomcat幫我們處理了。
Servlet容器工作流程
為了解耦，HTTP伺服器不直接調用Servlet，而是把請求交給Servlet容器來處理。當客戶請求某個資源時，HTTP伺服器會用一個ServletRequest對象把客戶的請求資訊封 裝起來，然後調用Servlet容器的service方法，Servlet容器拿到請求後，根據請求的URL 和Servlet的映射關系，找到相應的Servlet，如果Servlet還沒有被加載，就用反射機制創 建這個Servlet，并調用Servlet的init方法來完成初始化，接着調用Servlet的service方法 來處理請求，把ServletResponse對象傳回給HTTP伺服器，HTTP伺服器會把響應發送給 用戶端。
二、Tomcat整體架構
我們知道如果要設計一個系統，首先是要了解需求，我們已經了解了Tomcat要實作兩個核心功能：
- 1、處理Socket連接配接，負責網絡位元組流與Request和Response對象的轉化。
- 2、加載和管理Servlet，以及具體處理Request請求。
是以Tomcat設計了兩個核心元件連接配接器（Connector）和容器（Container）來分别做這兩件事情。連接配接器負責對外交流，容器負責内部處理。
2.1、Tomcat連接配接器元件Coyote
2.1.1、連接配接器 - Coyote
Coyote 是Tomcat的連接配接器架構的名稱 , 是Tomcat伺服器提供的供用戶端通路的外部接口。用戶端通過Coyote與伺服器建立連接配接、發送請求并接受響應 。
- 1、Coyote 封裝了底層的網絡通信（Socket 請求及響應處理），為Catalina 容器提供了統一 的接口，使Catalina 容器與具體的請求協定及IO操作方式完全解耦。
- 2、Coyote 将Socket 輸 入轉換封裝為 Request 對象，交由Catalina 容器進行處理，處理請求完成後，Catalina 通 過Coyote 提供的Response 對象将結果寫入輸出流 。
- 3、Coyote 作為獨立的子產品，隻負責具體協定和IO的相關操作，與Servlet 規範實作沒有直接關系，是以即便是Request 和 Response 對象也并未實作Servlet規範對應的接口，而是在Catalina中将他們進一步封裝為ServletRequest和ServletResponse 。
2.1.2、IO模型與協定
在Coyote中，Tomcat支援的多種I/O模型和應用層協定，具體包含哪些IO模型和應用層協定，請看下表：
Tomcat 支援的IO模型（自8.5/9.0 版本起，Tomcat 移除了 對 BIO 的支援）：
| IO模型 | 描述 |
|---|---|
| NIO | 非阻塞I/O，采用Java NIO類庫實作。 |
| NIO2 | 異步I/O，采用JDK 7最新的NIO2類庫實作。 |
| APR | 采用Apache可移植運作庫實作，是C/C++編寫的本地庫。如果選擇該方 案，需要單獨安裝APR庫。 |
Tomcat 支援的應用層協定 ：
| 應用層協定 | 描述 |
|---|---|
| HTTP/1.1 | 這是大部分Web應用采用的通路協定。 |
| AJP | 用于和Web伺服器內建（如Apache），以實作對靜态資源的優化以及 叢集部署，目前支援AJP/1.3。 |
| HTTP/2 | HTTP 2.0大幅度的提升了Web性能。下一代HTTP協定 ， 自8.5以及9.0 版本之後支援。 |
協定分層 ：
在 8.0 之前 ， Tomcat 預設采用的I/O方式為 BIO ， 之後改為 NIO。 無論 NIO、NIO2 還是 APR， 在性能方面均優于以往的BIO。 如果采用APR， 甚至可以達到 Apache HTTP Server 的影響性能。
Tomcat為了實作支援多種I/O模型和應用層協定，一個容器可能對接多個連接配接器，就好比一個房間有多個門。但是單獨的連接配接器或者容器都不能對外提供服務，需要把它們組裝起來才能工作，組裝後這個整體叫作Service元件。這裡請你注意，Service本身沒有做什麼重要的事情，隻是在連接配接器和容器外面多包了一層，把它們組裝在一起。Tomcat内可能有多個Service，這樣的設計也是出于靈活性的考慮。通過在Tomcat中配置多個Service，可以實作通過不同的端口号來通路同一台機器上部署的不同應用。
2.1.3、 連接配接器元件
連接配接器中的各個元件的作用如下：
EndPoint
- 1、EndPoint ： Coyote 通信端點，即通信監聽的接口，是具體Socket接收和發送處理 器，是對傳輸層的抽象，是以EndPoint用來實作TCP/IP協定的。
- 2、Tomcat 并沒有EndPoint 接口，而是提供了一個抽象類AbstractEndpoint ， 裡面定 義了兩個内部類：Acceptor和SocketProcessor。Acceptor用于監聽Socket連接配接請求。 SocketProcessor用于處理接收到的Socket請求，它實作Runnable接口，在Run方法裡 調用協定處理元件Processor進行處理。為了提高處理能力，SocketProcessor被送出到 線程池來執行。而這個線程池叫作執行器（Executor)，我在後面的專欄會詳細介紹 Tomcat如何擴充原生的Java線程池。
Processor
Processor：Coyote 協定處理接口 ，如果說EndPoint是用來實作TCP/IP協定的，那麼 Processor用來實作HTTP協定，Processor接收來自EndPoint的Socket，讀取位元組流解 析成Tomcat Request和Response對象，并通過Adapter将其送出到容器處理， Processor是對應用層協定的抽象。
ProtocolHandler
ProtocolHandler： Coyote 協定接口， 通過Endpoint 和 Processor ， 實作針對具體協 議的處理能力。Tomcat 按照協定和I/O 提供了6個實作類 ： AjpNioProtocol ， AjpAprProtocol， AjpNio2Protocol ， Http11NioProtocol ，Http11Nio2Protocol ， Http11AprProtocol。我們在配置tomcat/conf/server.xml 時 ， 至少要指定具體的 ProtocolHandler , 當然也可以指定協定名稱 ， 如 ： HTTP/1.1 ，如果安裝了APR，那麼 将使用Http11AprProtocol ， 否則使用 Http11NioProtocol 。
Adapter
由于協定不同，用戶端發過來的請求資訊也不盡相同，Tomcat定義了自己的Request類 來“存放”這些請求資訊。ProtocolHandler接口負責解析請求并生成Tomcat Request類。 但是這個Request對象不是标準的ServletRequest，也就意味着，不能用Tomcat Request作為參數來調用容器。Tomcat設計者的解決方案是引入CoyoteAdapter，這是 擴充卡模式的經典運用，連接配接器調用CoyoteAdapter的Sevice方法，傳入的是Tomcat Request對象，CoyoteAdapter負責将Tomcat Request轉成ServletRequest，再調用容 器的Service方法。
2.3、容器 - Catalina
Tomcat是一個由一系列可配置的元件構成的Web容器，而Catalina是Tomcat的servlet容器。Catalina是Servlet容器實作，包含了之前講到的所有的容器元件，以及後續涉及到 的安全、會話、叢集、管理等Servlet 容器架構的各個方面。它通過松耦合的方式內建 Coyote，以完成按照請求協定進行資料讀寫。同時，它還包括我們的啟動入口、Shell程 序等。
2.3.1、Catalina依賴關系
從另一個角度來說，Tomcat本質上就是一款Servlet容器，因為Catalina才是Tomcat的核心，其他子產品都是為Catalina提供支撐的。比如：通過Coyote子產品提供連接配接通信，Jasper子產品提供JSP引擎，Naming提供JNDI服務，Juli提供日志服務。
2.3.2、Catalina 結構
Catalina 的主要元件結構如下：
如上圖所示，Catalina負責管理Server，而Server表示着整個伺服器。Server下面有多個 服務Service，每個服務都包含着多個連接配接器元件Connector（Coyote 實作）和一個容器 元件Container。在Tomcat 啟動的時候， 會初始化一個Catalina的執行個體。
Catalina 各個元件的職責：
| 元件 | 職責 |
|---|---|
| Catalina | 負責解析Tomcat的配置檔案 , 以此來建立伺服器Server元件，并根據 指令來對其進行管理 |
| Server | 伺服器表示整個Catalina Servlet容器以及其它元件，負責組裝并啟動 Servlet引擎,Tomcat連接配接器。Server通過實作Lifecycle接口，提供了 一種優雅的啟動和關閉整個系統的方式 |
| Service | 服務是Server内部的元件，一個Server包含多個Service。它将若幹個 Connector元件綁定到一個Container（Engine）上 |
| Connector | 連接配接器，處理與用戶端的通信，它負責接收客戶請求，然後轉給相關 的容器處理，最後向客戶傳回響應結果 |
| Container | 容器，負責處理使用者的servlet請求，并傳回對象給web使用者的子產品 |
2.3.3、 Container結構
Tomcat設計了4種容器，分别是Engine、Host、Context和Wrapper。這4種容器不是平行關系，而是父子關系。， Tomcat通過一種分層的架構，使得Servlet容器具有很好的靈 活性。
各個元件的含義 ：
| 容器 | 描述 |
|---|---|
| Engine | 表示整個Catalina的Servlet引擎，用來管理多個虛拟站點，一個Service 最多隻能有一個Engine，但是一個引擎可包含多個Host |
| Host | 代表一個虛拟主機，或者說一個站點，可以給Tomcat配置多個虛拟主 機位址，而一個虛拟主機下可包含多個Context |
| Context | 表示一個Web應用程式， 一個Web應用可包含多個Wrapper |
| Wrapper | 表示一個Servlet，Wrapper 作為容器中的最底層，不能包含子容器 |
我們也可以再通過Tomcat的server.xml配置檔案來加深對Tomcat容器的了解。Tomcat 采用了元件化的設計，它的構成元件都是可配置的，其中最外層的是Server，其他元件按照一定的格式要求配置在這個頂層容器中。
<Server>
<Service>
<Connector>
</Connector>
<Engine>
<Host>
<Context></Context>
</Host>
</Engine>
</Service>
</Server>
這些容器具有父子關系，形成一個樹形結構，Tomcat通過組合模式來管理這些容器。
具體實作方法是，所有容器元件都實作了Container接口，是以組合模
式可以使得使用者對單容器對象群組合容器對象的使用具有一緻性。這裡單容器對象指的
是最底層的Wrapper，組合容器對象指的是上面的Context、Host或者Engine。
Container 接口中提供了以下方法（截圖中知識一部分方法） ：
在上面的接口看到了getParent、SetParent、addChild和removeChild等方法。
Container接口擴充了LifeCycle接口，LifeCycle接口用來統一管理各元件的生命周期。
參考：
https://blog.csdn.net/qq_37551917/article/details/119681753
https://www.cnblogs.com/yifengGG/p/13124816.html