深入解析Tomcat工作原理

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"Tomcat如何工作 - 描述Tomcat的工作原理和内部机制，适用于servlet/jsp程序员、Tomcat用户、开发者以及对web开发感兴趣的人群。需要了解Java面向对象编程和servlet编程基础。主要内容包括Tomcat组件解析、servlet容器的工作流程等。" 在深入探讨Tomcat如何工作之前，我们先来理解一下什么是Tomcat。Tomcat是一款开源的Java Servlet容器，主要负责执行基于Java的web应用程序，特别是servlet和JavaServer Pages（JSP）。它是Apache软件基金会的Jakarta项目的一部分，因其轻量级和高效的特性而广受欢迎。 Tomcat的工作原理主要围绕servlet容器这一核心概念展开。当一个HTTP请求到达Tomcat时，容器会进行以下关键步骤： 1. **请求解析**：Tomcat接收到请求后，会创建一个`ServletRequest`对象，将请求的参数、头部、cookies、查询字符串和URI等信息填充到该对象中。这个对象是Java标准API的一部分，允许servlet访问客户端发送的数据。 2. **调度servlet**：根据请求的URL和配置的`web.xml`文件，Tomcat确定哪个servlet应该处理请求。它会查找匹配的servlet映射，并创建一个对应的`ServletResponse`对象，用于将响应数据回传给客户端。 3. **实例化servlet**：如果请求的servlet尚未初始化，Tomcat会根据`servlet`配置创建一个新的servlet实例。servlet生命周期中的`init()`方法会被调用，使得servlet可以进行一次性初始化操作。 4. **调用servlet方法**：接下来，Tomcat调用servlet的`service()`方法，传递`ServletRequest`和`ServletResponse`对象。在这个方法中，servlet实现业务逻辑，处理请求并构建响应。 5. **响应组装与发送**：servlet完成处理后，Tomcat将`ServletResponse`中的数据转换成HTTP响应，并通过网络发送回客户端。在此过程中，可能涉及到字符编码转换、压缩等优化。 Tomcat的架构由多个组件组成，包括Catalina（核心servlet容器）、Connector（负责网络通信）、Jasper（JSP编译器）和GlobalNamingResources（全局命名资源）等。每个组件都有其特定的职责，协同工作以确保服务器的正常运行。对于开发者来说，理解Tomcat的内部机制有助于优化性能、排查问题以及进行自定义配置。例如，通过调整连接器设置可以改善服务器的并发处理能力；通过修改`web.xml`可以实现更精细的请求路由；通过自定义错误页面可以提供更好的用户体验。本书《How Tomcat Works》旨在为不同背景的读者提供深入的Tomcat知识，无论你是初学者还是经验丰富的开发者，都可以从中获益。它将通过实例和简化版组件来帮助你理解Tomcat的复杂性，并引导你探索和参与到Tomcat的开发和配置中去。如果你希望提升在Java web开发领域的技能，那么这本书无疑是一个宝贵的资源。

int ch = fis.read(bytes, 0, BUFFER_SIZE);

while (ch!=-1) {

output.write(bytes, 0, ch);

ch = fis.read(bytes, 0, BUFFER_SIZE);

}

假如文件并不存在，sendStaticResource 方法发送一个错误信息到浏览器。

String errorMessage =

"Content-Type: text/html\r\n" +

"Content-Length: 23\r\n" +

"\r\n" +

"<h1>File Not Found</h1>";

output.write(errorMessage.getBytes());

运行应用程序

为了运行应用程序，可以在工作目录下敲入下面的命令：

java ex01.pyrmont.HttpServer

为了测试应用程序，可以打开你的浏览器并在地址栏或网址框中敲入下面的命令：

http://localhost:8080/index.html

正如 Figure 1.1 所示，你将会在你的浏览器里边看到 index.html 页面。

Figure 1.1: web 服务器的输出

在控制台中，你可以看到类似于下面的 HTTP 请求：

GET /index.html HTTP/1.1

Accept: image/gif, image/x-xbitmap, image/jpeg, image/pjpeg,

本章通过两个程序来说明你如何开发自己的 servlet 容器。第一个程序被设计得足够简单使

得你能理解一个 servlet 容器是如何工作的。然后它演变为第二个稍微复杂的 servlet 容器。

注意：每一个 servlet 容器的应用程序都是从前一章的应用程序逐渐演变过来的，直至一个

全功能的 Tomcat servlet 容器在第 17 章被建立起来。

这两个 servlet 容器都可以处理简单的 servlet 和静态资源。你可以使用 PrimitiveServlet

来测试这个容器。PrimitiveServlet 在 Listing 2.1 中列出并且它的类文件可以在 webroot 目

录下找到。更复杂的 servlet 就超过这些容器的能力了，但是你将会在以下各章中学到如何建立

更复杂的 servlet 容器。

Listing 2.1: PrimitiveServlet.java

import javax.servlet.*;

import java.io.IOException;

import java.io.PrintWriter;

public class PrimitiveServlet implements Servlet {

public void init(ServletConfig config) throws ServletException {

System.out.println("init");

}

public void service(ServletRequest request, ServletResponse response)

throws ServletException, IOException {

System.out.println("from service");

PrintWriter out = response.getWriter();

out.println("Hello. Roses are red.");

out.print("Violets are blue.");

}

public void destroy() {

System.out.println("destroy");

}

public String getServletInfo() {

return null;

}

public ServletConfig getServletConfig() {

return null;

}

两个应用程序的类都放在 ex02.pyrmont 包里边。为了理解应用程序是如何工作的，你需要

熟悉 javax.servlet.Servlet 接口。为了给你复习一下，将会在本章的首节讨论这个接口。在这

之后，你将会学习一个 servlet 容器做了什么工作来为一个 servlet 提供 HTTP 请求。

javax.servlet.Servlet 接口

Servlet 编程是通过 javax.servlet 和 javax.servlet.http 这两个包的类和接口来实现的。

其中一个至关重要的就是 javax.servlet.Servlet 接口了。所有的 servlet 必须实现实现或者继

承实现该接口的类。

Servlet 接口有五个方法，其用法如下。

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public void init(ServletConfig config) throws ServletException

public void service(ServletRequest request, ServletResponse response)

throws ServletException, java.io.IOException

public void destroy()

public ServletConfig getServletConfig()

public java.lang.String getServletInfo()

在 Servlet 的五个方法中，init，service 和 destroy 是 servlet 的生命周期方法。在 servlet

类已经初始化之后，init 方法将会被 servlet 容器所调用。servlet 容器只调用一次，以此表明

servlet 已经被加载进服务中。init 方法必须在 servlet 可以接受任何请求之前成功运行完毕。

一个 servlet 程序员可以通过覆盖这个方法来写那些仅仅只要运行一次的初始化代码，例如加载

数据库驱动，值初始化等等。在其他情况下，这个方法通常是留空的。

servlet 容器为 servlet 请求调用它的 service 方法。 servlet 容器传递一个

javax.servlet.ServletRequest 对象和 javax.servlet.ServletResponse 对象。ServletRequest

对象包括客户端的 HTTP 请求信息，而 ServletResponse 对象封装 servlet 的响应。在 servlet

的生命周期中，service 方法将会给调用多次。

当从服务中移除一个 servlet 实例的时候，servlet 容器调用 destroy 方法。这通常发生在

servlet 容器正在被关闭或者 servlet 容器需要一些空闲内存的时候。仅仅在所有 servlet 线程

的 service 方法已经退出或者超时淘汰的时候，这个方法才被调用。在 servlet 容器已经调用完

destroy 方法之后，在同一个 servlet 里边将不会再调用 service 方法。destroy 方法提供了一

个机会来清理任何已经被占用的资源，例如内存，文件句柄和线程，并确保任何持久化状态和

servlet 的内存当前状态是同步的。

Listing 2.1 介绍了一个名为 PrimitiveServlet 的 servlet 的代码，是一个非常简单的的

servlet，你可以用来测试本章里边的 servlet 容器应用程序。PrimitiveServlet 类实现了

javax.servlet.Servlet(所有的 servlet 都必须这样做)，并为 Servlet 的这五个方法都提供了

实现。PrimitiveServlet 做的事情非常简单。在 init，service 或者 destroy 中的任何一个方

法每次被调用的时候，servlet 把方法名写到标准控制台上面去。另外，service 方法从

ServletResponse 对象获得 java.io.PrintWriter 实例，并发送字符串到浏览器去。

应用程序 1

现在，让我们从一个 servlet 容器的角度来研究一下 servlet 编程。总的来说，一个全功能

的 servlet 容器会为 servlet 的每个 HTTP 请求做下面一些工作：

 当第一次调用 servlet 的时候，加载该 servlet 类并调用 servlet 的 init 方法(仅仅一

次)。

 对每次请求，构造一个 javax.servlet.ServletRequest 实例和一个

javax.servlet.ServletResponse 实例。

 调用 servlet 的 service 方法，同时传递 ServletRequest 和 ServletResponse 对象。

 当 servlet 类被关闭的时候，调用 servlet 的 destroy 方法并卸载 servlet 类。

本章的第一个 servlet 容器不是全功能的。因此，她不能运行什么除了非常简单的 servlet，

而且也不调用 servlet 的 init 方法和 destroy 方法。相反它做了下面的事情：

 等待 HTTP 请求。

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