Tomcat 架构概述

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来源：亚美多一点手机版发布时间：2019-11-23 点击量：183

Tomcat 是一个 Web 应用服务器，它是对 HTTP 和 Servlet 规范的实现，简单来说它做了这几件事：处理 HTTP 协议、执行 Servlet 和处理网络 I/O。这里以 6.0.53 版本为例（实现了 HTTP/1.1、Servlet2.5），研究其基本结构。

关于源码版本，我使用的是 tomcat6，因为 7 为了重构有太多的抽象，看着实在费劲，6 代码虽有冗余但读起来很直观，并且低版本也不影响理解 Tomcat 的核心流程。

体系结构

从 server.xml 中就能够看出 Tomcat 各组件的层次结构，具体结构图如下：

Server：代表整个容器，它可能包含一个或多个 Service 和全局 JNDI 资源；Service：包含一个或多个 Connector，这些连接器与一个 Engine 相关联；Engine：表示请求处理流水线（pipeline），它接收所有连接器的请求，并将响应交给适当的连接器返回给客户端；Host：网络名称（域名）与 Tomcat 服务器的关联，默认主机名 localhost，一个 Engine 可包含多个 Host；Connector：处理与客户端的通信，网络 I/O；Context：表示一个 Web 应用程序，一个 Host 包含多个上下文。

服务器模型

服务器模型（或 I/O 模型），描述的是 TCP 连接的处理方式，以及 Socket 读写时线程的状态。Java 里常用的是 BIO 和 NIO，分别对应同步阻塞和同步非阻塞两种模型，Tomcat 中的 Connector 组件就是对这两种的封装实现。

BIO - 阻塞式

Tomcat 实现了一个一连接一线程的简单服务器模型，内部采用线程池做了优化，设计如下：

当 Acceptor 接收到一个 TCP 连接时，线程池分配一个线程进行处理；线程调用 read() 方法读取 Socket 输入流中的字节，此时线程阻塞（Block），直到收到客户端发送的数据；收到数据后，进行解码、业务处理、编码，最后把响应发送到客户端，关闭连接。

由此可以看出，合理的分配线程池大小可以一定程度上提高系统的并发能力。

NIO - 非阻塞

BIO 的缺点在于不管当前连接有没有数据传输，它始终阻塞占用线程池内的一个线程，而 NIO 的处理方式是若通道无数据可读取，此时线程不阻塞直接返回，可用于处理其他连接，提高了线程利用率。那怎么知道什么时候处理数据的读写呢？当通道可读或可写时，内核会通知用户程序进行处理。

NIO 的编程比较复杂，常用的是 Reactor 模式，它描述了一个利用多路复用 I/O，基于事件驱动的服务器处理模型，（这里）基于 Doug Lea 的 Scalable IO in Java 对 Reactor 进行了实现。Tomcat 的设计略有不同，其设计如下：

Acceptor 以阻塞模式接收 TCP 连接，然后将连接注册到 Poller 上；Poller 以非阻塞模式处理 SSL 握手和 HTTP 请求头的读取；BlockPoller 模拟阻塞处理 HTTP 请求体的读取和发送响应。

值得注意的是，两类 Poller 都只是负责事件的通知，I/O 操作都是由线程池中的线程完成。那么，ServerSocketChannel 为什么阻塞？为什么要模拟阻塞处理请求体和 Servlet 响应？相关的讨论可参考：

Why Tomcat"s Non-Blocking Connector is using a blocking socket?Getting my head around NIO "simulated" blocking (trying to)

Servlet API 的实现

Servlet 规范描述了容器如何加载和运行 Servlet，如和将请求映射到用户配置的 Servlet，如何处理请求和响应等相关问题。Tomcat 主要实现了以下 API：

ServletConfig ：Servlet 名字和初始化参数；ServletContext ：定义了 Web 应用程序，Servlet 运行的上下文；ServletRequest ：封装客户端请求；ServletResponse ：封装服务端响应；FilterChain ：请求过滤调用链；FilterConfig ：过滤配置对象；RequestDispatcher ：转发请求，将请求转发给 JSP 或另一个 Servlet 处理。

其他如 Servlet、Filter、GenericServlet、HttpServlet 接口或类则由用户程序来实现，更多详细的介绍请参考规范内容。

小结

Tomcat 架构看着挺简单但做起来难，难的就是把复杂的问题抽象化、简单化，体现到代码上就是如何设计和抽象出类并且优雅的组织在一起，它作为一个流行的中间件，其内部代码的实现以及优化手段，也是值得我们去研究和模仿的。