21张图解析Tomcat运行原理与架构全貌

2024-08-05 09:54:57 浏览数 (2)

21张图解析Tomcat运行原理与架构全貌

前言

早年间，精通CRUD的小菜同学在Tomcat上通过继承HttpServlet进行CRUD

后来，有了Spring MVC框架的DispatcherServlet，让小菜更容易的进行CRUD

到现在，Spring Boot框架内嵌Web服务器，让小菜更轻松、更便捷的专注CRUD

小菜保持专一的原则，一心只关注CRUD，从未对服务器、框架有过”非分之想“

突然有一天，小菜不知道改动了哪里，程序跑不起来了

小菜心想：程序跑不了，那我岂不是得跑了？不行，不行，大环境这么恶劣，我可不能跑啊

于是，小菜开始查看各种中间件的运行原理，抽丝剥茧一层一层解析各种各样的中间件...

架构

Tomcat作为Java实现的Web服务器，是Java Web开发最流行的Web服务器之一

本文作为解析Tomcat专栏的第一篇文章，将带你深入Tomcat的运行流程，一步步揭开Tomcat精妙设计的核心组件，探索Tomcat那不为人知的高效奥秘

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先来一张经过本文探索得到的流程图（熟悉Tomcat的同学可以复习复习，不熟悉的同学看完本篇文章就能理解~）

作为Web服务器，那必须要先处理网络请求，处理完网络通信，再进行业务处理

在这个过程中，秉承着高内聚、低耦合的设计思想，可以划分为两个组件处理这些事情

  1. Connector（连接器）：负责处理网络通信
  2. Container（容器）：负责处理业务 比如servlet容器
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连接器

连接器处理网络通信又可以分为多个步骤：处理通信（获取socket）、解析协议、封装请求/响应

在Tomcat中这三个工作分别交给三个组件进行处理：

  1. EndPoint：处理通信、获取socket
  2. Processor：解析本次网络请求的协议
  3. Adapter：封装解析的请求/响应交给容器
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AbstractEndPoint

EndPoint从名称上看就知道是做点到点的通信，传输层与应用层间使用Socket处理网络通信

Tomcat 9中实际没有EndPoint的接口，只有抽象类，具体实现只有两种：

  1. NioEndPoint：基于多路复用模型的NIO
  2. Nio2EndPoint：基于AIO的NIO2
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EndPoint能够使用不同的IO模型来实现网络通信获取Socket

不太理解IO模型的同学可以看看这篇文章喔~

EndPoint实际上还有一种APR的实现(AprEndpoint)：在早期JDK NIO性能并不理想，使用编写的本地库来提升性能，后来在Tomcat 10被舍弃

Processor

Processor组件的接口是Processor 用于解析协议

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从AbstractProcessor的实现类中可以看到，它可以解析HTTP、AJP协议（AJP协议更高效，比如Nginx反向代理使用AJP会更快）

UpgradeProcessorBase则是用于协议升级，比如实现WebSocket

Processor能够解析协议，将流解析为Tomcat中封装的请求与响应

ProtocolHandler

Tomcat在设计上将动态变化的EndPoint、Processor组合成ProtocolHandler：负责网络通信获取Socket并将流解析为请求/响应

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EndPoint可以使用NIO、NIO2的方式进行网络通信，而Processor能够解析HTTP、AJP协议

在ProtocolHandler中设计上却又使用了继承的方式，当动态变化的值太多时，会导致继承类爆炸（好在这里只有 2*2=4）

ProtocolHandler只是将两个能够动态改变的子组件进行组合

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Adapter

Adapter 从名称就知道它是适配器模式

Processor解析流封装的请求/响应是Tomcat中定义的，Adapter将请求/响应转化为Servlet的请求/响应，方便后续容器进行处理

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Adapter适配器转换请求/响应是固定的，不会随着IO模型、协议改变，只有一个实现类

线程池

在多路复用IO模型中，当线程监听到某个通道上数据就绪（发生事件），就可以进行处理

由于可能多个通道同时发生事件，此时肯定不能让监听的线程同步进行处理的，否则会阻塞后续的流程

因此会使用线程池对工作线程进行管理，监听到通道上数据就绪后，就交给工作线程执行后续任务

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实际上EndPoint不仅存在线程池还涉及其他组件

这里的线程池是Tomcat自己实现的，并不是JUC下实现的线程池

思考：为什么Tomcat总是自己实现组件呢？为什么不使用已有的轮子呢？网络通信也是自己实现，为啥不用Netty呢？

（这一系列问题以及其他组件，后续单独专注于组件的文章再进行讨论）

多连接器

连接器中不变的是Adapter适配器，变动的是IO模型、协议、端口等

那么Tomcat是否支持多个不同的连接器由一个容器处理呢？

答案是支持的，Tomcat为了方便扩展设计成支持多个不同的连接器绑定同一个容器（Spring Boot中用默认HTTP、NIO、8080的连接器）

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默认连接器使用Http11NioProtocol监听8080端口（HTTP、NIO、8080）

在默认的基础上增加一个连接器，使用AjpNio2Protocol监听6666（AJP、NIO2、6666）

运行时会根据端口、协议找到连接器进行处理

(文章就不贴Spring Boot扩展的代码了

tomcat web服务器 腾讯技术创作特训营S8

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