Tomcat

目录结构

部署方式

• 直接将项目放到webapps目录下

• 配置conf/server.xml文件

  在<Host>标签体中配置
                    <Context docBase="D:\hello" path="/hehe" />
                     docBase:项目存放的路径
                     path：虚拟目录
  

• 在conf\Catalina\localhost创建任意名称的xml文件。在文件中编写

  <Context docBase="D:\hello" />
  

  • 虚拟目录：xml文件的名称

JAVA WEB项目目录结构

• 项目的根目录
  • WEB-INF目录：
    • web.xml：web项目的核心配置文件
    • classes目录：放置字节码文件的目录
    • lib目录：放置依赖的jar包

架构

整体设计：

• Connector负责连接的建立以及数据返回
• Container(Engine)负责请求的具体处理
• Service 负责维护Conenctor与Container之间的映射关系

Container设计：

• Engine：Container的具体实现
• Host：以域名为主的一个虚拟主机
• Wrapper：代表Servlet实例
• Context：代表一个独立的web应用
• PipeLine：各个组件之间传递消息的管道

Connector设计：

• Endpoint负责监听连接，将连接交给Processor处理
• Processor再将请求映射到Container

Executor：

共享线程池由Service维护

外部依赖 Bootstrap和Catalina：

Bootstrap启动Cataina Catalina启动Server 实现了Bootstrap 与 Server进行解耦

启动流程

请求处理

总体流程：

• CoyoteAdapter.service
  • 请求映射：CoyoteAdapter.postParseRequest
  • 调用容器：connector.getService().getContainer().getPipeline().getFirst().invoke(request, response)

Catalina请求处理：

类加载器

通过每个app使用自己的类加载器来达到：

• 隔离：不同的app依赖类库不会相互影响
• 灵活：重新部署时的问题

对于Web 应用类加载器，它的加载顺序：

• 从缓存加载
• 如果缓存没有 从JVM的Bootstrap类加载器加载 （防止JAVA SE核心类被覆盖）
• 如果还是没有 从当前类加载器加载 （如果开启委托 则会遵循JVM双亲委托模型）
• 还没有 再从父类加载器加载

Catalina

• Servlet容器
• Digester : XML解析工具

Server 创建

• 解析Server：Catalina.createStartDigester
• 解析Engine：EngineRuleSet.addRuleInstances
• 解析Host：HostRuleSet.addRuleInstances
• 解析Context：ContextRuleSet.addRuleInstances

Web应用启动流程

StandardHost：

• 从server.xml配置加载
• 或者扫描webapps目录加载

HostConfig：

• START_EVENT事件：会根据context描述文件或者对webapps目录下war包目录等部署应用 调用deployApps()
• PERIODIC_EVENT事件：检查文件是否发生变更 是则重新部署(之前不存在的应用)或者重新加载(之前存在的应用)

StandardContext：

应用初始化及启动

ContextConfig：

• AFTER_INIT_EVENT事件：加载Context配置文件
• BEFORE_START_EVENT事件：处理docBase(应用所在文件夹)问题
• CONFIGURE_START_EVENT：初始化操作, 解析XML配置文件(或者扫描目录 使用注解的方式) 创建 Servlet Filter等组件

StandardWrapper：

• 根据配置load servlet 以及对 servlet 初始化

Context的命名与请求路径映射

Catalina 自带的 Servlet

• DefaultServlet：处理静态资源 处理目录请求
  • 可配参数：https://tomcat.apache.org/tomcat-7.0-doc/default-servlet.html
• JspServlet:编译jsp文件 处理jsp请求

Coyote

• 请求连接器的实现

支持的传输协议：

• HTTP1.1
• HTTP2.0
• AJP1.3

支持的IO方案：

• NIO
• NIO2
• APR

HTTP 配置：

<!-- server.xml -->
<Connector executor="tomcatThreadPool"
               port="8080" protocol="HTTP/1.1"
               connectionTimeout="20000"
               redirectPort="8443" />

<!-- 使用NIO方式处理HTTP1.1 -->
<Connector port="8443" protocol="org.apache.coyote.http11.Http11NioProtocol"
               maxThreads="150" SSLEnabled="true">
<!-- 
  maxThreads:指定Connector创建请求处理线程的最大数
  maxSpareThreads：允许空闲线程的最大数
  minSpareThreads
  tcpNoDelay：禁止TCP通过批量发送数据来提高网络利用率
  maxKeepAliveRequest: 最大keepalive的连接数
  socketBuffer
  enableLookups：是否开启request.getRemoteHost() DNS查询
 -->

概念

• Endpoint 通信端点 负责Socekt接收处理
• Porcessor 负责创建请求和响应 将请求转发到Catalina
• ProtocolHandler 封装Endpoint Processor
• UpgradeProtocol 处理HTTP协议的升级协议

请求流程

AJP

<!-- server.xml -->
<Connector protocol="AJP/1.3"
               address="::1"
               port="8009"
               redirectPort="8443" />

AJP（Apache JServ Protocol）是定向包协议。因为性能原因，使用二进制格式来传输可读性文本。WEB服务器通过 TCP连接 和 SERVLET容器连接

包结构：

有效载荷的前一个字节代表类型

请求处理：

Jasper

使用单独的类加载器

编译方式

运行时编译：

编译结果：

• 首选存放在 context-param 的scratchdir
• 否则是 $CATALINA_BASE/work/Engine名称/Host名称/Context名称
• 再否则在系统临时文件目录下

预编译：

jspc

编译原理

// 继承该类
class index_jsp extends HttpJspBase

private static final JspFactory _jspxFactory = JspFactory.getDefaultFactory();
private static Map<String, Long> _jspx_dependants; // 依赖的外部资源
private static final Set<String> _jspx_imports_packages = new HashSet(); // 导入的包
private static final Set<String> _jspx_imports_classes; // 导入的类

_jspService 处理请求：

• 定义了out pageContext session application config page 等局部变量
• 对于静态内容调用out.write
• 处理jsp标签

配置管理

JVM配置

:: JVM启动参数
set "JAVA_OPTS=%JAVA_OPTS% %JSSE_OPTS%"

系统属性：略

服务器配置

catalina.properties: 容器启动阶段的配置

server.xml: 服务器核心配置

• Server

• Service

• Executor 线程池配置 默认其他组件会创建自己的线程池

  <Executor name="tomcatThreadPool" namePrefix="catalina-exec-"
          maxThreads="150" minSpareThreads="4"/>
  

• Connector 默认配置了两个 HTTP 和 AJP

  <Connector port="8080" -- 监听端口
  executor="sharedThreadPool" -- 线程池
  enableLookups="false" -- 调用request.getRemoteHost 是否调用DNS解析获取主机名
  redirectPort="8443" -- SSL 转发端口
  acceptCount="100"  -- 控制 socket 排队连接的最大数
  connectionTimeout="2000o" -- Connector 接收连接处理的超时时间
  URIEncoding="UTF-8" -- 解码URI的编码
  compression="on" -- 开启压缩
  compressionMinSize="2048" -- 最小压缩尺寸
  noCompressionUserAgents="gozilla,traviata" -- 符合表达式的UA头不压缩
  compressableMimeType="text/html,text/xml,text/javascript,text/css,text/plain" />
  

• Engine 可以指定虚拟主机

• Host

  • name 域名
  • appBase 存放应用的目录
  • unpackWARs 是否解压war包
  • autoDeploy 定期检测 自动部署
  • Alias 可以配置新的域名

• Context

  • docBase 具体应用的目录
  • path Context路径

• CookieProcessor 指定cookie处理器

• Loader 用于管理 web 应用的类加载器

  • delegate 属性可以打破双亲委派模型
  • reloadable 属性会监控资源变化后重新加载应用
  • loaderClass 指定类加载器的具体实现

• Manger 会话管理器

  • Standard和Presistent

• Resources 资源共享

  <Context docBase="myApp" path=" /myApp">
    <Resources>
      <PreResources
      className='org.apache.catalina.webresources.FileResourceSet'
      base=" /Users/liuguangrui/Documents/sample/app.jsp"
      webAppMount=" /app/app.jsp"/>
    </Resources>
  </Context>
  

• JarScanner

• content.xml

Web 应用配置

• context-param: ServerContext.getInitParameter() 可以获取到的参数
• session-config 会话配置
  • 三种追踪模式 COOKIE URL SSL
• servlet 声明servlet及其映射
• listener
• filter
• mime-mapping 映射文件类型与对应的content-type
• welcome-file-list
• error-page
• locale-encoding-mapping-list 本地化与响应编码的关系
• 安全配置
• jndi配置

内置的 Filter

• CorsFilter：解决跨域问题
• CsrfPreventionFilter：防止CSRF攻击
• ExpiresFilter：控制缓存过期与否
• FailedRequestFilter：解析参数失败就返回错误
• RemoteAddrFilter：只放行符合特定表达式的IP地址
• RemoteHostFilter：只放行符合特定表达式的主机
• RemoteIpFilter：前方有负载均衡器的情况下 将getRemoteAddr()替换为 X-Forwarded-For 中的IP
• RequestDumperFilter：以日志形式输出请求和响应对象 主要用于调试
• SetCharacterEncodingFilter：设置请求编码

Tomcat 管理

/host-manager/html

集群

Tomcat 本身就不适合配置集群 一种通用的解决方案是 接入层为 Nginx

Nginx 对后端的Tomcat进行负载均衡

Tomcat上的Web应用最好是设计成无状态的 如果仍然需要保持会话 最好使用一台独立的服务器来存储会话 比如 Redis

而不要使用Tomcat的会话同步功能

安全

安装部署：下载安全 移除自带的几个Web应用

server.xml:

• 删除不必要的连接器
• 删除UserDatabase
• 修改关键配置：8005管理端口
• 避免恶意web应用的自动启动：autoDeploy
• 允许有限的客户端访问
• 避免将异常堆栈打印到客户端
• listing会导致目录泄漏以及DoS攻击

应用安全

传输安全(SSL)

JAVA安全策略

优化

JVM 优化

Tomcat 配置优化

server.xml:

• 链接器maxConnections 属性：超过该属性的连接会被阻塞
• tcpNoDelay：禁止TCP缓存并发送
• maxKeepAliveRequest
• socketBuffer
• enableLookups

网络传输优化：

• 静态文件压缩
• 高性能链接器(NIO NIO2)
• 禁用自动部署

JSP页面配置(web.xml):

• development 设置为false 不自动检测JSP页面变动
• ...

继承 web 服务器：

• 动静分离
• 负载均衡

应用优化

• 减少通信次数
• 减少通信数据流
• 推迟会话创建
• 不在会话存储大对象
• 合理定义对象作用域
• 使用连接池提高性能
• 使用缓存提高性能
• 最小化日志

附加功能

• 嵌入式启动
• websocket