Tomcat底层原理

一、Tomcat启动时到底对我们的应用程序做了什么？

当我们把一个应用程序的war包放到Tomcat的webapps目录后，启动Tomcat，然后就可以通过浏览器发送Http请求访问该war包内的Servlet了。
这个过程包括：
1、启动Tomcat
2、Tomcat处理Http请求
而启动Tomcat的目的就是为了处理Http请求。

一个Http请求通常是这样子的：
http://localhost:8080/app/helloServlet
这个请求包括：

协议：http
主机名：localhost
端口：8080
应用名：app
Servlet名：helloServlet

我们通俗点来理解这个Http请求就是：浏览器通过Http协议，请求localhost:8080上的myapp应用内的helloServlet。

Tomcat架构俯视图：

二、那分析这个Http请求有什么用呢？和Tomcat有什么关系？

当然有关系，上面这个Http请求中的localhost:8080其实代表的就是Tomcat。我们一个应用程序想要从外部接收网络数据，那就要绑定一个端口，这个跟TCP协议有关系，外部请求发送给该端口，就能被对于的程序所接收到。Tomcat也是这样，所以，Tomcat默认绑定的就是8080。

所以上面这个Http请求首先是被Tomcat接收到，然后去解析这个请求。
解析这个请求包括：

请求所使用的方法，是GET，还是POST，还是其他
所请求的应用与Servlet的名字是什么
请求所携带的数据

当Tomcat把从8080端口获取的请求解析完成后，它就应该根据应用名和Servlet名字去找Servlet实现类了，只有找到Servlet实现类才能真正执行Servlet里面的doGet或doPost方法。

所以，这里又分两步：

根据请求中的应用名和Servlet名怎么找到对应的Servlet实现类呢
怎么执行Servlet实现类中跟请求对应的方法呢

首先关于第二点，很简单：可以用***反射***
那么对于第一点该怎么实现呢？
其实也很简单，要么默认，要么映射。
默认的意思就是，请求中的Servlet名就是类名，这种可行，但是不好用，一个类还有包名的，万一在一个应用中，存在不同的包下存在名字相同的Servlet，这个时候就尴尬了。
所以最好的方式就是映射，一个Servlet名对应一个Servlet实现类。这也就是为什么我们在定义Servlet时，一定要做一个mapping关系，不管是通过@WebServlet注解还是在web.xml中，都需要配置一个mapping才能被访问到。

所以，Tomcat通过监听端口，获取数据，然后解析数据，根据请求url找到对应的Servlet实现类，然后通过反射执行Servlet实现类中的方法。

这个流程并不难，如果我们自己实现，30分钟内可能就能实现出来这么一个功能，这也是Tomcat的主线功能，那么Tomcat复杂在哪呢？
其实还是复杂在这条主线，这条主线再拆分一下就是两步：

获取并解析数据
寻找并执行Servlet

tomcat容器对比：

三、Servlet

我们在来细想一下这里的第二步：寻找并执行Servlet

我们通常说Tomcat是一个Servlet容器，到底体现在哪，怎么体现的呢？
我们得先来理解一下Servlet，Servlet=Server+Applet，表达的意思就是运行在服务端的应用程序，它跟运行在客户端的应用程序是相对的，运行在客户端的应用程序，可以随着用户的操作而发生变化，而运行在服务端的应用程序，用户是不能直接操作的，你只能通过发送网络请求来操作它，这就是Servlet的由来。这也就是为什么Servlet规范里会定义ServletRequest，ServletResponse接口，都是跟请求相关的，所以，Servlet其实就为Java程序员方便处理请求和响应的一种抽象，作为Java程序员，你只需要通过定义Servlet，然后接收到的ServletRequest对象就代表请求，而不用关心ServletRequest具体的实现类是什么，是谁实现的，都不用关系，只要知道这个对象代表一个请求即可。
所以谁来实现这些接口呢？大家自然就能想到了，是Tomcat、Jetty这些了。比如Tomcat中对应的请求实现类是RequestFacade，我们在Servlet中进行强制转化是没有问题的，比如这么写：

@Overrideprotected void doGet(HttpServletRequest req, HttpServletResponse resp) throws ServletException, IOException {RequestFacade requestFacade = (RequestFacade) req;resp.getWriter().println("luban annotation servlet");}

我们重新理解了Servlet之后，就可以再来理解Tomcat了，Tomcat确实是一个容器，但是是一个分层的容器。因为一个Servlet代表一个功能，一个应用中可以有多个Servlet，所以在Tomcat中存在Context容器，Context容器中收纳Servlet，Context就代表应用，也就是应用上下文，然后我们的应用是部署在主机上的，所以Tomcat中存在Host容器，一个Host容器中可以容纳多个Context容器，再继续，我们可能是多个主机所提供的功能属于同一范畴的，所以在Tomcat中，在Host之上还有一层Engine。所以我们说的容器包括：Engine、Host、Context。

而Tomcat除开实现了这个层级结构之外，还提供了一些辅助功能。
既然现在容器分层了，所以一个请求在寻找Servlet的过程中，就会经过每一层容器，那么每层容器在这个过程中都可以去做一些事情，并且允许用户自定义这些事情，比如可以在Host层去指定：所有请求该Host的请求都将日志打印到hostname.log文件中，或者所有请求该Host的请求都由该Host添加一下参数，其他容器也类似，这其实就是一种责任链模式，Tomcat中实现了这种模式，是通过：Pipeline和Valve实现的。

好，这是关于容器的分析。
接下来我们再来分析一下Tomcat是怎么解析请求的，上文我们分析了，Tomcat实际上就是把接收到的请求转化成RequestFacade对象，最后把这个对象传递给Servlet。
那么Tomcat的数据从哪来的呢？上文中我们一直默认Tomcat接收的是Http请求，那么这个Http请求是怎么到达Tomcat的呢？总不是凭空飞过来了的吧。
大家应该想到了，是通过网线传过来的，所以我们要分析Tomcat是怎么接收到Http请求，就要分析网络传输协议了。
首先，我们为什么需要网络传输协议呢？
网络是用来传输数据的，比如现在主机A有一份数据要发送给主机B，那么主机A在拥有数据的同时还是要知道主机B的地址，也就是IP，所以现在相当于主机A上要有：数据+对方IP地址

四、流程图

Tomcat：

（1）Tomcat中只有一个Server，一个Server可以有多个Service，一个Service可以有多个Connector和一个Container；
（2） Server掌管着整个Tomcat的生死大权；
（4）Service 是对外提供服务的；
（5）Connector用于接受请求并将请求封装成Request和Response来具体处理；
（6）Container用于封装和管理Servlet，以及具体处理request请求；

Connector：

四个子容器：

（1）Engine：引擎，用来管理多个站点，一个Service最多只能有一个Engine；
（2）Host：代表一个站点，也可以叫虚拟主机，通过配置Host就可以添加站点；
（3）Context：代表一个应用程序，对应着平时开发的一套程序，或者一个WEB-INF目录以及下面的web.xml文件；
（4）Wrapper：每一Wrapper封装着一个Servlet；

上述的包含关系或者说是父子关系，都可以在tomcat的conf目录下的server.xml配置文件中看出，下图是删除了注释内容之后的一个完整的server.xml配置文件（Tomcat版本为8.0）

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五、那么Tcp是用来干什么的呢？

回到上面的场景，主机A想把数据发送给主机B，那谁来保证数据能可靠的到达对方呢？这就是Tcp协议所要做的事情。
那Http协议又是怎么回事呢？我们上面接收的Ip,Tcp都是跟传输相关的，而Http是跟应用相关的，是跟数据所表达的意义相关的，比如，主机A发一份数据给主机B之后，主机B接收到这份数据后，它要干什么呢？它要执行什么动作呢？这就是Http协议所要表达的，通过在数据中增加一些有意义的元素，比如请求方法，这样数据接收方能更快的根据Http协议解析数据，完成对应的动作。
解析的比较粗，因为这不是本文的重点，我的重点是，那么谁来实现Http协议，谁来实现Tcp协议呢？
答案是：操作系统来实现Tcp协议，比如Linux、Windows，运行在操作系统之上的其他应用程序来实现Http协议，比如浏览器、Tomcat。
比如Linux的源码中就有关于Tcp协议的实现，包括三次握手，四次挥手，都是通过c语言来实现的。那么浏览器它依照Http协议定义好数据之后，怎么利用Tcp协议发送出去呢？Tomcat怎么利用Tcp协议接收数据呢？
浏览器能不能直接调用操作系统中实现TCP协议关于发送数据的函数呢？Tomcat能不能调用对应接收数据的函数呢？
原理上是可以的，但是就像我们开发业务一样，我们不会将真正实现业务的方法直接暴露给其他人调用，而会提供一个接口，操作系统也一样，这个接口就是Socket。
所以Tomcat是通过Socket从操作系统获取数据的，拿到数据后进行解析。
而Tomcat从操作系统系统拿数据又有几种方式，也就是IO模型：BIO,NIO,AIO，这些不同的模式Tomcat都是支持的，只需要在server.xml中进行配置即可。
简单记录了一下关于Tomcat的随笔，其实关于TSocket、IO模型可以写得更多一点，限于篇幅，本篇就到此为止吧，下次继续。