了解了Servlet、JSP等这些模块的使用，学会了这些模块的使用，了解了MVC的基本架构之后总感觉哪里还少了点儿东西，没错，就是原理，我们的Web程序是运行在Tomcat上的，我们只知道该按照什么规范创建什么类型的文件，例如JSP、Servlet，但是不知道为什么这么写，项目就能按照我们预期的样子运行起来，换句话说，Tomcat这个服务器到底是怎么托管Web项目？如何启动和停止Web项目？如何处理请求？这些原理层面的内容我们一概不知。所以非常有必要对Tomcat内部一探究竟，才能通透的理解网站的运行方式。

Tomcat目录结构

好，又回到最初的起点，我们虽然在本专栏开始的博客提到了Tomcat的目录布局，但是并没有详细去聊它的实现，现在再重新回顾下目录结构：

一级目录结构

各个一级文件目录的主要作用如下：

bin：tomcat 管理命令，所有的可执行命令存放在这里，启动和关闭服务器的命令就在此文件夹中
conf：tomcat 配置文件。其中 server.xml是 tomcat 的核心配置文件，当然还有web.xml -为不同的Tomcat配置的web应用设置缺省值的文件，在webapps下的单个Web程序目录下也包含此文件，优先级更高，tomcat-users.xml- Tomcat用户认证的配置文件
lib：tomcat 应用程序在运行时依赖的第三方jar。
logs：存放 tomcat 的运行日志。
temp：存放 tomcat 运行时生成的临时文件。
webapps：tomcat 在默认情况下，接收到请求之后到 webapps下定位资源文件，Web 应用程序存放的目录，Web 项目保存到此目录中即可发布
work：由Tomcat自动生成，这是Tomcat放置它运行期间的中间(intermediate)文件(诸如编译的JSP文件)地方，tomcat在默认情况下，在work文件夹下将jsp文件编辑为java文件，并编译为.class文件，如果当Tomcat运行时，删除了这个目录那么将不能够执行包含JSP的页面

其中webapps存放的Web程序的目录结构，也是主要的二级目录结构

主要二级目录结构

webapps存放的主要的二级目录结构下单个Web程序目录结构如下：

其中WEB-INF是较为重点的文件，其余为前端的一些文件或者资源文件，WEB-INF的结构如下：

这里的三个文件含义如下：

classes文件夹: 这个目录及其下的子目录应该包括这个Web应用程序的所有JavaBean及Servlet等编译好的Java类文件（*.class）文件，以及没有被压缩打入JAR包的其他class文件和相关资源，也就是我们项目的Java文件被编译后的类文件存放地。
lib文件夹: 当前项目运行时所依赖的jar包。
web.xml文件：是一个Web应用程序的描述文件。这个文件是一个XML文件，描述了Servlet和这个Web应用程序的其他组件信息，此外还包括一些初始化信息和安全约束等，优先级高于conf文件夹下的默认配置文件

大概了解了目录后，我们可以发现，其实可以通过server.xml的配置来了解整个Tomcat的实际组成模块。

Tomcat核心配置

Tomcat有两个比较关键的配置文件：server.xml和web.xml，通过这两个配置文件我们可以一窥Tomcat的全貌。

server.xml配置文件

从tomcat的server.xml中我们可以看到tomcat的相关模块设计，从server.xml文件中解析出来的各个对象都是容器，比如Server、service、Connector和host等，这些容器都有新建、初始化、启动、停止、失败和销毁等状态

<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?>
<!--Server-->
<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" />
  <!-- Naming-->
  <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-->
  <Service name="Catalina">
    <!-- Connector-->
    <Connector port="8080" protocol="HTTP/1.1"
               connectionTimeout="20000"
               redirectPort="8443" />
    <!-- Container-->
    <Engine name="Catalina" defaultHost="localhost">
      <!-- Realm -->
      <Realm className="org.apache.catalina.realm.LockOutRealm">
        <Realm className="org.apache.catalina.realm.UserDatabaseRealm"
               resourceName="UserDatabase"/>
      </Realm>
      <!-- Host -->
      <Host name="localhost"  appBase="webapps"
            unpackWARs="true" autoDeploy="true">
        <Valve className="org.apache.catalina.valves.AccessLogValve" directory="logs"
               prefix="localhost_access_log" suffix=".txt"
               pattern="%h %l %u %t &quot;%r&quot; %s %b" />
      </Host>
    </Engine>
  </Service>
</Server>

同样在web.xml文件中我们也能看到一些处理模块：

web.xml配置文件

web.xml配置文件也是一个默认的default配置文件，我们也可以在具体项目的目录下找到该目录的配置描述文件。是用来管理一个Context组件中的一些规范：

<!-- ---------------------------Servlet默认配置模块------------------------------------------------------------->
   <servlet>
        <servlet-name>default</servlet-name>
        <servlet-class>org.apache.catalina.servlets.DefaultServlet</servlet-class>
        <init-param>
            <param-name>debug</param-name>
            <param-value>0</param-value>
        </init-param>
        <init-param>
            <param-name>listings</param-name>
            <param-value>false</param-value>
        </init-param>
        <load-on-startup>1</load-on-startup>
    </servlet>
    <!-- ---------------------------JSP引擎处理模块------------------------------------------------------------->
    <servlet>
        <servlet-name>jsp</servlet-name>
        <servlet-class>org.apache.jasper.servlet.JspServlet</servlet-class>
        <init-param>
            <param-name>fork</param-name>
            <param-value>false</param-value>
        </init-param>
        <init-param>
            <param-name>xpoweredBy</param-name>
            <param-value>false</param-value>
        </init-param>
        <load-on-startup>3</load-on-startup>
    </servlet>
    <!-- The mapping for the default servlet -->
    <servlet-mapping>
        <servlet-name>default</servlet-name>
        <url-pattern>/</url-pattern>
    </servlet-mapping>
    <servlet-mapping>
        <servlet-name>jsp</servlet-name>
        <url-pattern>*.jsp</url-pattern>
        <url-pattern>*.jspx</url-pattern>
    </servlet-mapping>
    <!-- ---------------------------session配置模块------------------------------------------------------------->
    <session-config>
        <session-timeout>30</session-timeout>
    </session-config>
    <!-- ---------------------------欢迎页配置模块------------------------------------------------------------->
    <welcome-file-list>
        <welcome-file>index.html</welcome-file>
        <welcome-file>index.htm</welcome-file>
        <welcome-file>index.jsp</welcome-file>
    </welcome-file-list>

Tomcat核心架构

Tomcat由什么组成的呢，除了上述配置文件我们可以看到的几个核心配置，一个Tomcat的实例由如下几个模块组成，他们共同构成了Tomcat的服务体系：

各个概念的释义如下，一个Tomcat实例就是一个Server，而一个Server可以包含多个Service，可以理解为包含多个Web项目。

Server：指的就是整个 Tomcat 服务器，包含多组服务，负责管理和启动各个 Service，同时监听 8005 端口发过来的 shutdown 命令，用于关闭整个容器
Service：Tomcat 封装的、对外提供完整的、基于组件的 web 服务，包含 Connectors、Container 两个核心组件，以及多个功能组件，各个 Service 之间是独立的，但是共享同一JVM 的资源，一个 Tomcat 实例支持部署多个彼此端口隔离的站点，这就是通过配置多个 Service 实现的

Service中核心组件

Connector：Tomcat 与外部世界的连接器，监听固定端口接收外部请求，传递给 Container，并将 Container 处理的结果返回给外部，一个Service可以包含多个Connector，这些Connector不仅能处理http、https请求，还能处理别的网络请求，总之类似于一个接口做各种处理后将转换后Container需要的数据传递给它。我们的请求和响应交互仰赖该模块
Container：也就是Catalina，Servlet 容器，内部由多层容器组成，用于管理 Servlet 生命周期，调用 servlet 相关方法。Servlet程序的生命周期皆受控于此模块

Service中其它组件

Loader：封装了 Java ClassLoader，用于 Container 加载类文件
Realm：Tomcat 中为 web 应用程序提供访问认证和角色管理的机制
JMX：Java SE 中定义技术规范，是一个为应用程序、设备、系统等植入管理功能的框架，通过 JMX 可以远程监控 Tomcat 的运行状态
Jasper：Tomcat 的 Jsp 解析引擎，用于将 Jsp 转换成 Java 文件，并编译成 class 文件。我们的JSP文件之所以能编译成可执行的文件就仰赖此模块
Session：负责管理和创建 session，以及 Session 的持久化(可自定义)，支持 session 的集群。我们的Session创建就是该模块负责的
Pipeline：在容器中充当管道的作用，管道中可以设置各种 valve(阀门)，请求和响应在经由管道中各个阀门处理，提供了一种灵活可配置的处理请求和响应的机制。
Naming：命名服务，JNDI， Java 命名和目录接口，是一组在 Java 应用中访问命名和目录服务的 API。命名服务将名称和对象联系起来，使得我们可以用名称访问对象，目录服务也是一种命名服务，对象不但有名称，还有属性。Tomcat 中可以使用 JNDI 定义数据源、配置信息，用于开发与部署的分离。

这些组件保证了Web请求到来时能被正确接收处理和响应。

Connector组件

Connector用于接受请求并将请求封装成Request和Response，然后交给Container进行处理，Container处理完之后在交给Connector返回给客户端，Connector 连接器面向底层数据传输，主要完成以下核心功能：

监听网络端口，接收和响应网络请求
网络字节流处理。处理 socket 通信，按照应用层协议解析处理数据，将网络数据封装成底层 Request/Response 对象，将底层 Request/Response 对象转换为 Servlet 容器能处理的标准 ServletRequest/ServletResponse，并将其投进 Container 容器进行处理

为了实现以上功能，Tomcat 将 Connector 连接器分为两个组件，分别是 ProtocolHandler 和 Adapter。

ProtocolHandler组件：协议处理器，将不同的协议和通讯方式组合封装成对应的协议处理器，如Http11NioProtocol 封装的是Http+NIO，目前Tomcat支持的协议和通讯方式如下：由EndPoint和Processor组成。从一个请求的处理流程来看：

Endpoint 负责提供请求字节流给 Processor。通信监听接口，具体的 Socket 接收和发送处理器，是对传输层的抽象
Processor 负责构建并把 Tomcat 定义的 Request 对象给 Adapter。接收来自 EndPoint 的 Socket，读取字节流解析成 Request 和 Response 对象，是对应用层协议的抽象

Adapter组件：负责提供标准的 ServletRequest 对象给 Servlet 容器。由于 Request 并没有实现 Servlet 规范，而 Servlet 容器只能接收 ServletRequest，因此需要引入一个适配器将 Request 转换成 ServletRequest，再传递给 Servlet 容器

整体的流程结构如下图所示：

【Java Web编程十二】深入理解Tomcat系统架构及工作原理（上）

Tomcat目录结构

一级目录结构

主要二级目录结构

Tomcat核心配置

server.xml配置文件

web.xml配置文件

Tomcat核心架构

Connector组件

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