Tomcat 基础与整体架构

1. 引言

Tomcat 是 Apache 基金会下最成功的开源项目之一，既是 Servlet 容器，又可作为 轻量级 Web 服务器。
它实现了 Servlet 规范 和 JSP 规范，是大多数 Java Web 应用的默认运行环境。
要理解 Tomcat，必须先掌握它的整体架构，包括核心组件、生命周期、配置与源码入口。

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2. Tomcat 的定位

• Web 服务器：可以处理 HTTP 请求，返回静态文件（HTML、CSS、JS、图片等）。
• Servlet 容器：遵循 Java Servlet 规范，支持动态请求处理（Servlet、JSP、Filter、Listener）。
• 嵌入式应用容器：Spring Boot 默认内置 Tomcat，简化了应用部署。

Tomcat 不是功能最全的 Web 服务器，但它轻量、灵活，适合 中小型应用和微服务架构。

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3. Tomcat 核心组件模型

Tomcat 内部采用 分层解耦 的设计，主要分为两大核心部分：

• Connector（连接器）

  • 负责接收请求、解析协议（HTTP/HTTPS/AJP）、封装成 Request/Response，再交给容器处理。
  • 核心类：org.apache.coyote.http11.Http11NioProtocol

• Container（容器）

  • 负责执行请求，调用对应的 Servlet。
  • 采用四层容器模型：Engine → Host → Context → Wrapper。
  • 核心类：org.apache.catalina.core.StandardEngine

两者之间由 Service 进行绑定，最终由 Server 统一管理。

👉 结构图：

Server
 └── Service
      ├── Connector (Coyote)
      └── Container (Catalina)
            └── Engine
                 └── Host
                      └── Context
                           └── Wrapper

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4. Server 与 Service

• Server

  • 整个 Tomcat 实例的顶层对象，代表一个运行的 Tomcat 进程。
  • 管理多个 Service，可通过 JMX 暴露管理接口。
  • 配置入口：<Server port="8005" shutdown="SHUTDOWN">

• Service

  • 将多个 Connector 与一个 Container 组合在一起。
  • 一个 Service 可以同时支持 HTTP、HTTPS、AJP 协议。
  • 配置入口：<Service name="Catalina">

源码入口：

// org.apache.catalina.startup.Catalina
public void load() {
    Server server = new StandardServer();
    // 解析 server.xml，创建 Service、Connector、Container
}

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5. Connector（连接器）

• 作用：负责监听端口、接收请求、解析协议。

• 协议实现：

  • BIO（阻塞 IO）
  • NIO（非阻塞 IO，默认）
  • APR（基于 Apache Portable Runtime，性能更高）

请求流转：

1. Socket 接收请求 → Endpoint
2. 协议解析（HTTP/1.1、AJP） → Processor
3. 封装为 Request/Response 对象
4. 转交给 Container 处理

源码关键类：

• org.apache.coyote.AbstractProtocol
• org.apache.coyote.http11.Http11Processor

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6. Container（容器）

容器是 Tomcat 的核心，负责 请求分发与执行 Servlet。采用 四层嵌套容器模型：

• Engine：一个 Service 只能有一个 Engine，代表整个 Servlet 引擎。
• Host：表示一个虚拟主机（域名绑定）。
• Context：表示一个 Web 应用（对应 webapps/ 目录下的项目）。
• Wrapper：表示单个 Servlet 实例。

👉 请求流转：
Connector → Engine → Host → Context → Wrapper → Servlet

源码关键类：

• org.apache.catalina.core.StandardEngine
• org.apache.catalina.core.StandardHost
• org.apache.catalina.core.StandardContext
• org.apache.catalina.core.StandardWrapper

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7. Tomcat 启动流程

Tomcat 的启动由 Bootstrap 完成：

1. Bootstrap 初始化

   • 加载配置文件 server.xml
   • 初始化 Catalina（核心控制器）

2. Catalina 加载 Server

   • 创建 StandardServer → Service → Connector/Container

3. 启动 Server

   • 调用 server.start()，启动所有 Service
   • Service 内部启动 Connector（监听端口）、Container（初始化 WebApp）

源码入口：

// org.apache.catalina.startup.Bootstrap
public static void main(String[] args) {
    Bootstrap bootstrap = new Bootstrap();
    bootstrap.init();
    bootstrap.start();
}

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8. Tomcat 配置文件结构

• server.xml

  • 定义 Server、Service、Connector、Engine、Host
  • 入口配置文件

• web.xml

  • 定义 Servlet、Filter、Listener
  • 全局与应用级别配置

• context.xml

  • 定义 Web 应用上下文配置（Session、数据源、JNDI）

👉 配置关系图：

server.xml
 └── Service
      ├── Connector
      └── Engine
           └── Host
                └── Context
                     └── web.xml

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9. 总结

在这一篇，我们从 宏观架构 出发，梳理了 Tomcat 的核心组成：

• Server/Service：整体运行环境和服务绑定
• Connector：协议处理入口（Coyote）
• Container：请求执行核心（Catalina）
• 启动流程：Bootstrap → Catalina → Server
• 配置体系：server.xml、web.xml、context.xml

这为后续深入理解 连接器原理、容器体系、类加载机制 打下基础。