整体架构

整体结构.png

Tomcat作为一个Web应用服务器主要需要提供两方面的能力：
1. 处理Socket连接，负责网络字节流与Request和Response对象的转化；
2. 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。

连接器

连接器主要涉及三方面功能：

1. 网络通信
Tomcat并没有使用Netty框架，而是自己实现网络通信(可能是由于Tomcat比Netty出现的早吧)；Tomcat支持的I/O模型有：

• 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；

2. 应用层协议解析
协议解析是把Socket数据流解析成应用层协议格式的数据；
Tomcat支持的应用层协议有：

• 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）；
• HTTP/2：HTTP 2.0大幅度的提升了Web性能；

3. Tomcat Request/Response与ServletRequest/ServletResponse的转化
为了保持连接器的独立性，不跟Servlet协议耦合，它不一定要跟Servlet容器一起工作，Tomcat使用Adapter把Tomcat Request/Response转成ServletRequest/ServletResponse；

另外对象转化的性能消耗还是比较少的，Tomcat对HTTP请求体采取了延迟解析的策略，也就是说，TomcatRequest对象转化成ServletRequest的时候，请求体的内容都还没读取呢，直到容器处理这个请求的时候才读取的

针对连接器三个功能Tomcat分别设计了对应的组件

连接器.png
1.EndPoint

• EndPoint是通信端点，即通信监听的接口，是具体的socket接收和发送处理器，是对传输层的抽象，是用来实现TCP/IP协议的；
• EndPoint是一个接口，它抽象实现类AbstractEndPoint里面定义了两个内部类，其中Acceptor用来监听Socket连接请求，SocketProcessor用来处理Socket请求；

2.Processor

• 用来实现HTTP协议，是应用层协议的抽象；
• Processor是一个接口，定义了请求的处理等方法。它的抽象实现类AbstractProcessor对一些协议共有的属性进行封装，没有对方法进行实现。具体的实现有AJPProcessor、HTTP11Processor等；
• EndPoint接收到Socket连接后，生成一个SocketProcessor任务提交到线程池中处理，SocketProcessor的Run方法会调用Processor组件去解析应用层协议，Processor接口生成Request对象后，会调用Adapter的Service方法；

3.Adaptor

• 经典适配器模式：连接器调用CoyoteAdapter的Service方法，传入的是Tomcat Request对象，CoyoteAdapter负责将Tomcat Request对象转成ServletRequest对象，再调用容器的Service方法；

4.ProtocolHandler
由于I/O模型和应用层模型可以自由组合，设计者将网络通信和应用层协议解析放在一起考虑，设计了一个ProtocolHandle接口来封装这两种变化；

ProtocolHandler.png

容器

容器.png

容器层次

Tomcat设计了4个层次的容器，分别是Engine、Host、Context和Wrapper：

• Engine：引擎，用来管理多个虚拟站点，一个Service只能有一个Engine；
• Host：一个虚拟主机。可以给tomcat配置多个虚拟主机地址，一个虚拟主机下可以部署多个web应用程序；
• Context：web应用程序，一个应用下可以有多个Wrapper；
• Wrapper：一个Servlet；

也可以类比server.xml

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

容器管理

Tomcat就是用组合模式来管理这些容器的，所有容器组件都实现了Container接口，Container接口定义如下：

public interface Container extends Lifecycle {
    public void setName(String name);
    public Container getParent();
    public void setParent(Container container);
    public void addChild(Container child);
    public void removeChild(Container child);
    public Container findChild(String name);
    ......
}

定位Servlet

假如有用户访问一个URL，比如http://user.shopping.com:8080/order/buy，Tomcat如何将这个URL定位到一个Servlet呢？

image.png

首先，根据协议和端口号选定Service和Engine。
Tomcat的每个连接器都监听不同的端口，比如Tomcat默认的HTTP连接器监听8080端口、默认的AJP连接器监听8009端口。上面例子中的URL访问的是8080端口，因此这个请求会被HTTP连接器接收，而一个连接器是属于一个Service组件的，这样Service组件就确定了。一个Service组件里除了有多个连接器，还有一个容器组件，具体来说就是一个Engine容器，因此Service确定了也就意味着Engine也确定了。
然后，根据域名选定Host。
Service和Engine确定后，Mapper组件通过URL中的域名去查找相应的Host容器，比如例子中的URL访问的域名是user.shopping.com，因此Mapper会找到Host2这个容器。
之后，根据URL路径找到Context组件。
Host确定以后，Mapper根据URL的路径来匹配相应的Web应用的路径，比如例子中访问的是/order，因此找到了Context4这个Context容器。
最后，根据URL路径找到Wrapper（Servlet）。
Context确定后，Mapper再根据web.xml中配置的Servlet映射路径来找到具体的Wrapper和Servlet。

调用过程

请求先到Engine容器，Engine容器对请求做一些处理后，会把请求传给自己子容器Host继续处理，依次类推，最后这个请求会传给Wrapper容器，Wrapper会调用最终的Servlet来处理。Tomcat使用责任链模式实现：

public interface Pipeline extends Contained {
    public Valve getBasic();
    public void setBasic(Valve valve);
    public void addValve(Valve valve);
    public Valve[] getValves();
    public void removeValve(Valve valve);
    public Valve getFirst();
    public boolean isAsyncSupported();
    public void findNonAsyncValves(Set<String> result);
}

public interface Valve {
    public Valve getNext();
    public void setNext(Valve valve);
    public void backgroundProcess();
    public void invoke(Request request, Response response) throws IOException, ServletException;
    public boolean isAsyncSupported();
}

责任链.png

整个调用过程由连接器中的Adapter触发的，它会调用Engine的第一个Valve：

connector.getService().getContainer().getPipeline().getFirst().invoke(request,  response);

Wrapper容器的最后一个Valve会创建一个Filter链，并调用doFilter()方法，最终会调到Servlet的service方法:

filterChain.doFilter(request.getRequest(),response.getResponse());

• 参考《深入拆解Tomcat & Jetty》 - 李号双
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