Tomcat内部工作原理讲解.docx

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Tomcat内部工作原理讲解

Tomcat内部工作原理讲解

概要

   欢迎阅读《HowTomcatWorks》这本书。

这本书解剖了Tomcat4.1.12和5.0.18版本，解释了它的servlet容器的内部运行机制，那是一个免费的，开源的，最受欢迎的servlet容器，代号为Catalina。

Tomcat是一个复杂的系统，由许多不同的组件构成。

那些想要学习Tomcat运行机制的朋友大部分知道从何入手。

这本书会提供一个蓝图，然后为每一个组件构造一个简化版本，使得可以更加容易的理解这些组件。

在这之后才会对真实的组件进行解释。

   你应该从这份简介开始阅读，因为它解释了这本书的结构，同时给你勾画了这个项目构造的简洁轮廓。

“准备前提软件”这一节会给你一些指示，例如你需要下载什么样的软件，如何为你的代码创建目录结构等等。

本书为谁而作

   这本书是为任何一个使用Java技术进行工作的人而准备的。

∙假如你是一个servlet/jsp程序员或者一个Tomcat用户，而且对一个servlet容器是如何工作这个问题你感兴趣的话，这本书就是为你准备的。

∙假如你想加入Tomcat的开发团队的话，这本书就是为你准备的，因为你首先需要学习那些已存在的代码是如何工作的。

∙假如你从未涉及web开发，但你对一般意义上的软件开发感兴趣的话，你可以在这本书学到一个像Tomcat一样的大型项目是如何进行设计和开发的。

∙假如你想配置和自定义Tomcat，你也应该读读这本书。

   为了理解书中的讨论，你需要了解Java面向对象编程技术以及servlet编程。

假如你对这些不熟悉的话，这里有很多书籍可以参考，包括Budi的《JavafortheWebwithServlets,JSP,andEJB》。

为了让这些材料更容易理解，每一章开始都会有便于理解所讨论主题的必要的背景资料介绍。

Servlet容器是如何工作的

   servlet容器是一个复杂的系统。

不过，一个servlet容器要为一个servlet的请求提供服务，基本上有三件事要做:

∙创建一个request对象并填充那些有可能被所引用的servlet使用的信息，如参数、头部、cookies、查询字符串、URI等等。

一个request对象是javax.servlet.ServletRequest或javax.servlet.http.ServletRequest接口的一个实例。

∙创建一个response对象，所引用的servlet使用它来给客户端发送响应。

一个response对象javax.servlet.ServletResponse或javax.servlet.http.ServletResponse接口的一个实例。

∙调用servlet的service方法，并传入request和response对象。

在这里servlet会从request对象取值，给response写值。

   当你读这些章节的时候，你将会找到关于catalinaservlet容器的详细讨论。

Catalina架构图

   Catalina是一个非常复杂的，并优雅的设计开发出来的软件，同时它也是模块化的。

基于“Servlet容器是如何工作的”这一节中提到的任务，你可以把Catalina看成是由两个主要模块所组成的：

连接器（connector）和容器（container）。

在FigureI.1中的架构图，当然是简化了。

在稍后的章节里边，你将会一个个的揭开所有更小的组件的神秘面纱。

   现在重新回到FigureI.1，连接器是用来“连接”容器里边的请求的。

它的工作是为接收到每一个HTTP请求构造一个request和response对象。

然后它把流程传递给容器。

容器从连接器接收到requset和response对象之后调用servlet的service方法用于响应。

谨记，这个描述仅仅是冰山一角而已。

这里容器做了相当多事情。

例如，在它调用servlet的service方法之前，它必须加载这个servlet，验证用户（假如需要的话），更新用户会话等等。

一个容器为了处理这个进程使用了很多不同的模块，这也并不奇怪。

例如，管理模块是用来处理用户会话，而加载器是用来加载servlet类等等。

Tomcat4和5

   这本书涵盖了Tomcat4和5.这两者有一些不同之处:

∙Tomcat5支持Servlet2.4和JSP2.0规范，而Tomcat4支持Servlet2.3和JSP1.2。

∙比起Tomcat4，Tomcat5有一些更有效率的默认连接器。

∙Tomcat5共享一个后台处理线程，而Tomcat4的组件都有属于自己的后台处理线程。

因此，就这一点而言，Tomcat5消耗较少的资源。

∙Tomcat5并不需要一个映射组件（mappercomponent）用于查找子组件，因此简化了代码。

各章概述

   这本书共20章，其中前面两章作为导言。

   第1章说明一个HTTP服务器是如何工作的，第2章突出介绍了一个简单的servlet容器。

接下来的两章关注连接器，第5章到第20章涵盖容器里边的每一个组件。

以下是各章节的摘要。

   注意:

对于每个章节，会有一个附带程序，类似于正在被解释的组件。

   第1章从这本书一开始就介绍了一个简单的HTTP服务器。

要建立一个可工作的HTTP服务器，你需要知道在包里边的2个类的内部运作：

Socket和ServerSocket。

这里有关于这2个类足够的背景资料，使得你能够理解附带程序是如何工作的。

   第2章说明简单的servlet容器是如何工作的。

这一章带有2个servlet容器应用，可以处理静态资源和简单的servlet请求。

尤其是你将会学到如何创建request和response对象，然后把它们传递给被请求的servlet的service方法。

在servlet容器里边还有一个servlet，你可以从一个web浏览器中调用它。

   第3章介绍了一个简化版本的Tomcat4默认连接器。

这章里边的程序提供了一个学习工具，用于理解第4章里边的讨论的连接器。

   第4章介绍了Tomcat4的默认连接器。

这个连接器已经不推荐使用，推荐使用一个更快的连接器，Coyote。

不过，默认的连接器更简单，更易于理解。

   第5章讨论container模块。

container指的是org.apache.catalina.Container接口，有4种类型的container:

engine,host,context和wrapper。

这章提供了两个工作于context和wrapper的程序。

   第6章解释了Lifecycle接口。

这个接口定义了一个Catalina组件的生命周期，并提供了一个优雅的方式，用来把在该组件发生的事件通知其他组件。

另外，Lifecycle接口提供了一个优雅的机制，用于在Catalina通过单一的start/stop来启动和停止组件

   第7章包括日志，该组件是用来记录错误信息和其他信息的。

   第8章解释了加载器（loader）。

加载器是一个重要的Catalina模块，负责加载servlet和一个web应用所需的其他类。

这章还展示了如何实现应用的重新加载。

   第9章讨论了管理器（manager）。

这个组件用来管理会话管理中的会话信息。

它解释了各式各样类型的管理器，管理器是如何把会话对象持久化的。

在章末，你将会学到如何创建一个的应用，该应用使用StandardManager实例来运行一个使用会话对象进行储值的servlet。

   第10章包括web应用程序安全性的限制，用来限制进入某些内容。

你将会学习与安全相关的实体，例如

主角（principals），角色（roles），登陆配置，认证等等。

你也将会写两个程序，它们在StandardContext对象中安装一个身份验证阀（authenticatorvalve）并且使用了基本的认证来对用户进行认证。

   第11章详细解释了在一个web应用中代表一个servlet的org.apache.catalina.core.StandardWrapper类。

特别的是，这章解释了过滤器（filter）和一个servlet的service方法是怎样给调用的。

这章的附带程序使用StandardWrapper实例来代表servlet。

   第12章包括了在一个web应用中代表一个servlet的org.apache.catalina.core.StandardContext类。

特别是这章讨论了一个StandardContext对象是如何给配置的，对于每个传入的HTTP请求在它里面会发生什么，是怎样支持自动重新加载的，还有就是，在一个在其相关的组件中执行定期任务的线程中，Tomcat5是如何共享的。

   第13章介绍了另外两个容器：

host和engine。

你也同样可以找到这两个容器的标准实现:

org.apache.catalina.core.StandardHost和org.apache.catalina.core.StandardEngine。

   第14章提供了服务器和服务组件的部分。

服务器为整个servlet容器提供了一个优雅的启动和停止机制，而服务为容器和一个或多个连接器提供了一个支架。

这章附带的程序说明了如何使用服务器和服务。

   第15章解释了通过Digester来配置web应用。

Digester是来源于Apache软件基金会的一个令人振奋的开源项目。

对那些尚未初步了解的人，这章通过一节略微介绍了Digester库以及XML文件中如何使用它来把节点转换为Java对象。

然后解释了用来配置一个StandardContext实例的ContextConfig对象。

   第16章解释了shutdown钩子，Tomcat使用它总能获得一个机会用于clean-up，而无论用户是怎样停止它的（即适当的发送一个shutdown命令或者不适当的简单关闭控制台）。

   第17章讨论了通过批处理文件和shell脚本对Tomcat进行启动和停止。

   第18章介绍了部署工具（deployer），这个组件是负责部署和安装web应用的。

   第19章讨论了一个特殊的接口，ContainerServlet，能够让servlet访问Catalina的内部对象。

特别是，它讨论了Manager应用，你可以通过它来部署应用程序。

   第20章讨论了JMX以及Tomcat是如何通过为其内部对象创建MBeans使得这些对象可管理的。

各章的程序

   每一章附带了一个或者多个程序，侧重于Catalina的一个特定的组件。

通常你可以找到这些简化版本，无论是正在被解释的组件或者解释如何使用Catalina组件的代码。

各章节的程序的所有的类和接口都放在ex[章节号].pyrmont包或者它的子包。

例如第1章的程序的类就是放在ex01.pyrmont包中。

准备的前提软件

   这本书附带的程序运行于J2SE1.4版本。

压缩源文件可以从作者的网站中下载。

它包括Tomcat4.1.12和这本书所使用的程序的源代码。

假设你已经安装了J2SE1.4并且你的path环境变量中已经包括了JDK的安装目录，请按照下列步骤：

1.解压缩ZIP文件。

所有的解压缩文件将放在一个新的目录howtomcatworks中。

howtomcatworks将是你的工作目录。

在howtomcatworks目录下面将会有数个子目录，包括lib（包括所有所需的库），src（包括所有的源文件），webroot（包括一个HTML文件和三个servlet样本），和webapps（包括示例应用程序）。

2.改变目录到工作目录下并编译java文件。

加入你使用的是Windows，运行win-compile.bat文件。

假如你的计算机是Linux机器，敲入以下内容：

（如有必要的话不用忘记使用chmod更改文件属性）

       ./linux-compile.sh

   注意：

你可以在ZIP文件中的Readme.txt文件找到更多信息。

第一章:

一个简单的Web服务器

   本章说明javaweb服务器是如何工作的。

Web服务器也成为超文本传输协议（HTTP）服务器，因为它使用HTTP来跟客户端进行通信的，这通常是个web浏览器。

一个基于java的web服务器使用两个重要的类：

.Socket和.ServerSocket，并通过HTTP消息进行通信。

因此这章就自然是从HTTP和这两个类的讨论开始的。

接下去，解释这章附带的一个简单的web服务器。

超文本传输协议（HTTP）

   HTTP是一种协议，允许web服务器和浏览器通过互联网进行来发送和接受数据。

它是一种请求和响应协议。

客户端请求一个文件而服务器响应请求。

HTTP使用可靠的TCP连接--TCP默认使用80端口。

第一个HTTP版是HTTP/0.9，然后被HTTP/1.0所替代。

正在取代HTTP/1.0的是当前版本HTTP/1.1，它定义于征求意见文档（RFC）2616，可以从http:

//www.w3.org/Protocols/HTTP/1.1/rfc2616.pdf下载。

   注意：

本节涵盖的HTTP1.1只是简略的帮助你理解web服务器应用发送的消息。

假如你对更多详细信息感兴趣，请阅读RFC2616。

   在HTTP中，始终都是客户端通过建立连接和发送一个HTTP请求从而开启一个事务。

web服务器不需要联系客户端或者对客户端做一个回调连接。

无论是客户端或者服务器都可以提前终止连接。

举例来说，当你正在使用一个web浏览器的时候，可以通过点击浏览器上的停止按钮来停止一个文件的下载进程，从而有效的关闭与web服务器的HTTP连接。

HTTP请求

   一个HTTP请求包括三个组成部分：

∙方法—统一资源标识符（URI）—协议/版本

∙请求的头部

∙主体内容

   下面是一个HTTP请求的例子：

POST/examples/default.jspHTTP/1.1

Accept:

text/plain;text/html

Accept-Language:

en-gb

Connection:

Keep-Alive

Host:

localhost

User-Agent:

Mozilla/4.0（compatible;MSIE4.01;Windows98）

Content-Length:

33

Content-Type:

application/x-www-form-urlencoded

Accept-Encoding:

gzip,deflate

lastName=Franks&firstName=Michael

   方法—统一资源标识符（URI）—协议/版本出现在请求的第一行。

POST/examples/default.jspHTTP/1.1

   这里POST是请求方法，/examples/default.jsp是URI，而HTTP/1.1是协议/版本部分。

  每个HTTP请求可以使用HTTP标准里边提到的多种方法之一。

HTTP1.1支持7种类型的请求：

GET,POST,

HEAD,OPTIONS,PUT,DELETE和TRACE。

GET和POST在互联网应用里边最普遍使用的。

   URI完全指明了一个互联网资源。

URI通常是相对服务器的根目录解释的。

因此，始终一斜线/开头。

统一资源定位器（URL）其实是一种URI（查看http:

//www.ietf.org/rfc/rfc2396.txt）来的。

该协议版本代表了正在使用的HTTP协议的版本。

   请求的头部包含了关于客户端环境和请求的主体内容的有用信息。

例如它可能包括浏览器设置的语言，主体内容的长度等等。

每个头部通过一个回车换行符（CRLF）来分隔的。

   对于HTTP请求格式来说，头部和主体内容之间有一个回车换行符（CRLF）是相当重要的。

CRLF告诉HTTP服务器主体内容是在什么地方开始的。

在一些互联网编程书籍中，CRLF还被认为是HTTP请求的第四部分。

   在前面一个HTTP请求中，主体内容只不过是下面一行：

lastName=Franks&firstName=Michael

   实体内容在一个典型的HTTP请求中可以很容易的变得更长。

HTTP响应

   类似于HTTP请求，一个HTTP响应也包括三个组成部分：

∙方法—统一资源标识符（URI）—协议/版本

∙响应的头部

∙主体内容

   下面是一个HTTP响应的例子：

HTTP/1.1200OK

Server:

Microsoft-IIS/4.0

Date:

Mon,5Jan200413:

13:

33GMT

Content-Type:

text/html

Last-Modified:

Mon,5Jan200413:

13:

12GMT

Content-Length:

112

WelcometoBrainySoftware

   响应头部的第一行类似于请求头部的第一行。

第一行告诉你该协议使用HTTP1.1，请求成功（200=成功），表示一切都运行良好。

   响应头部和请求头部类似，也包括很多有用的信息。

响应的主体内容是响应本身的HTML内容。

头部和主体内容通过CRLF分隔开来。

Socket类

   套接字是网络连接的一个端点。

套接字使得一个应用可以从网络中读取和写入数据。

放在两个不同计算机上的两个应用可以通过连接发送和接受字节流。

为了从你的应用发送一条信息到另一个应用，你需要知道另一个应用的IP地址和套接字端口。

在Java里边，套接字指的是.Socket类。

   要创建一个套接字，你可以使用Socket类众多构造方法中的一个。

其中一个接收主机名称和端口号：

publicSocket（java.lang.Stringhost,intport）

   在这里主机是指远程机器名称或者IP地址，端口是指远程应用的端口号。

例如，要连接的80端口，你需要构造以下的Socket对象：

newSocket（"",80）;

   一旦你成功创建了一个Socket类的实例，你可以使用它来发送和接受字节流。

要发送字节流，你首先必须调用Socket类的getOutputStream方法来获取一个java.io.OutputStream对象。

要发送文本到一个远程应用，你经常要从返回的OutputStream对象中构造一个java.io.PrintWriter对象。

要从连接的另一端接受字节流，你可以调用Socket类的getInputStream方法用来返回一个java.io.InputStream对象。

   以下的代码片段创建了一个套接字，可以和本地HTTP服务器（127.0.0.1是指本地主机）进行通讯，发送一个HTTP请求，并从服务器接受响应。

它创建了一个StringBuffer对象来保存响应并在控制台上打印出来。

Socketsocket=newSocket（"127.0.0.1","8080"）;

OutputStreamos=socket.getOutputStream（）;

booleanautoflush=true;

PrintWriterout=newPrintWriter（

socket.getOutputStream（）,autoflush）;

BufferedReaderin=newBufferedReader（

newInputStreamReader（socket.getInputstream（）））;

//sendanHTTPrequesttothewebserver

out.println（"GET/index.jspHTTP/1.1"）;

out.println（"Host:

localhost:

8080"）;

out.println（"Connection:

Close"）;

out.println（）;

//readtheresponse

booleanloop=true;

StringBuffersb=newStringBuffer（8096）;

while（loop）{

    if（in.ready（））{

        inti=0;

        while（i!

=-1）{

            i=in.read（）;

            sb.append（（char）i）;

        }

    loop=false;

    }

    Thread.currentThread（）.sleep（50）;

}

//displaytheresponsetotheoutconsole

System.out.println（sb.toString（））;

socket.close（）;

   请注意，为了从web服务器获取适当的响应，你需要发送一个遵守HTTP协议的HTTP请求。

假如你已经阅读了前面一节超文本传输协议（HTTP），你应该能够理解上面代码提到的HTTP请求。

   注意：

你可以本书附带的com.brainysoftware.pyrmont.util.HttpSniffer类来发送一个HTTP请求并显示响应。

要使用这个Java程序，你必须连接到互联网上。

虽然它有可能并不会起作用，假如你有设置防火墙的话。

ServerSocket类

   Socket类代表一个客户端套接字，即任何时候你想连接到一个远程服务器应用的时候你构造的套接字，现在，假如你想实施一个服务器应用，例如一个HTTP服务器或者FTP服务器，你需要一种不同的做法。

这是因为你的服务器必须随时待命，因为它不知道一个客户端应用什么时候会尝试去连接它。

为了让你的应用能随时待命，你需要使用.ServerSocket类。

这是服务器套接字的实现。

   ServerSocket和Socket不同，服务器套接字的角色是等待来自客户端的连接请求。

一旦服务器套接字获得一个连接请求，它创建一个Socket实例来与客户端进行通信。

   要创建一个服务器套接字，你需要使用ServerSocket类提供的四个构造方法中的一个。

你需要指定IP地址和服务器套接字将要进行监听的端口号。

通常，IP地址将会是127.0.0.1，也就是说，服务器套接字将会监听本地机器。

服务器套接字正在监听的IP地址被称为是绑定地址。

服务器套接字的另一