Tomcat内部机制解析：工作原理与组件详解

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"《How Tomcat Works 中文版》是一本深入解析Tomcat工作原理的书籍，主要针对Tomcat 4.1.12和5.0.18版本的servlet容器进行详解，适合Java开发人员、Tomcat用户、潜在的Tomcat开发者以及对Web开发感兴趣的读者。书中不仅介绍了Tomcat的组件结构，还提供了前置软件准备指导，并且对Servlet容器的工作机制进行了阐述。读者需要具备Java面向对象编程和servlet编程的基础知识。" 在深入讲解Tomcat之前，我们需要了解什么是Servlet容器。Servlet容器是运行Java Servlet程序的平台，它负责处理HTTP请求，创建Servlet实例，调用Servlet的方法来服务客户端，并管理Servlet的生命周期。Tomcat作为最流行的开源Servlet容器，其内部由多个组件协同工作，包括Catalina（核心servlet容器）、 Coyote（处理网络连接）和Jasper（JSP编译器）等。 Tomcat的工作流程大致如下： 1. **接收请求**：当一个HTTP请求到达Tomcat时，Coyote组件负责接收请求，解析请求头，提取请求参数、查询字符串、URI等信息，并创建一个`ServletRequest`对象。 2. **请求调度**：解析后的请求会被传递到Catalina，它根据请求的URL映射到相应的Servlet。映射规则通常在`web.xml`部署描述符中定义。 3. **Servlet实例化**：如果请求对应的Servlet尚未创建，Catalina会根据Servlet的配置创建一个新的Servlet实例。 4. **Servlet生命周期管理**：Tomcat按照Servlet规范管理Servlet的初始化、服务和销毁过程，确保每个请求都能得到正确处理。 5. **执行服务方法**：Catalina调用Servlet的`service()`方法，将`ServletRequest`和`ServletResponse`对象传递给Servlet，由Servlet处理请求并生成响应。 6. **生成响应**：Servlet完成业务逻辑后，将结果写入`ServletResponse`对象，Tomcat负责将响应数据编码并发送回客户端。 7. **释放资源**：最后，Tomcat清理资源，可能包括关闭网络连接，释放Servlet实例等。这本书详细剖析了这些步骤，以及Tomcat内部的类加载机制、线程模型、session管理、安全配置等多个方面。对于Java Web开发者来说，了解Tomcat的工作原理有助于优化应用性能、排查问题和进行高级定制。同时，对于初学者，这本书也能提供关于大型项目设计与开发的宝贵见解。书中每章都会给出必要的背景知识，帮助读者逐步理解复杂的Tomcat系统。

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。

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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