tomcat系列之三：Tomcat架构

一，Tomcat要实现的两个核心功能：

处理Socket连接，负责网络字节流与Request和Response对象的转化

加载和管理Servlet，具体处理Request请求

二，Tomcat设计了两个核心组件：

连接器（Connector）：负责对外交流

容器（Container）：负责内部处理

三，Tomcat支持的多种 I/O 模型和应用层协议

1，I/O模型：

　　NIO：非阻塞I/O，采用Java NIO类库实现

　　NIO2：异步 I/O ，采用JDK7最新的NIO2类库实现

　　APR：采用Apache可移植运行库实现，是C/C++编写的本地库

2，应用层协议：

　　HTTP/1.1：大部分Web应用采用的访问协议

　　AJP：用于和Web服务器集成（如APache）

　　HTTP/2：HTTP2.0提升了Web性能

 3，单独的连接器或容器都不能对外提供服务，需要把它们组装起来才能工作，组装后的这个整体叫Service组件。（一个容器可能对接多个连接器）。

注意：Service本身没有做什么事情，只是在连接器和容器外面多包了一层，把它们组装在一起。Tomcat内可能有多个Service，通过在Tomcat中配置多个Service，可以实现通过不同的端口号来访问同一台机器上部署的不同应用。

最顶层是Server（Server指一个Tomcat实例），一个Server中有一个或多个Service，一个Service中有多个连接器和一个容器，连接器和容器之间通过标准的ServletRequest和ServletResponse通信。

四，连接器

连接器对Servlet容器屏蔽了协议和I/O模型。无论是HTTP还是AJP，在容器中获取到的都是一个标准的ServletRequest对象。

1，连接器的功能需求

监听网络端口

接受网络连接请求

读取请求网络字节流

根据应用层协议（HTTP/AJP）解析字节流，生成统一的Tomcat Request对象

将 Tomcat Request 对象转成标准的 ServletRequst

调用Servlet容器，得到ServletResponse

将ServletResponse转成 Tomcat Response 对象

将 Tomcat Response 转成网络字节流

将响应字节流写回给浏览器

2，连接器子模块（模块化设计）

2.1，设计原则

高内聚：相关度比较高的功能要尽可能集中，不要分散

低耦合：两个相关的模块要尽可能减少依赖的部分和降低依赖的程度，不要让两个模块产生强依赖。

3，经过分析，连接器需要三个高内聚功能：

网络通信

应用层协议解析

Tomcat Request/Response 与 Serv...

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Tomcat Request/Resopnse 与 ServletRequest/ServletResponse的转化

4，Tomcat提供了三个组件来实现这三个功能

4.1，EndPoint：

　　EndPoint是通信端点，是通信监听的接口，是具体的Socket接收和发送处理器，是对传输层的抽象，因此，EndPoint是用来实现TCP/IP协议的。

　　EndPoint是一个接口， EndPoint(接口) ------> AbstractEndPoint(抽象实现类) ------>NioEndPoint(具体子类)。在NioEndPoint中有两个组件：Acceptor 和 SocketProcessor。

　　Acceptor用来监听Socket连接请求。SocketProcessor用来处理接收到的Socket请求，它实现了Runnable接口，在Run方法里调用协议处理组件Processor进行处理。（为了提高处理能力，SocketProcessor被提交到线程池来执行）

4.2，Processor：

　　Processor接收来自EndPoint的Socket，读取字节流解析成 Tomcat Request和 Response对象，并通过Adapter将其提交到容器中。是对用应用层的抽象，Processor用来实现HTTP协议的。

　　Processor是一个接口。Processor(接口，定义了请求的处理方法) ----->AbstractProcessor(抽象实现类，对协议共有的属性进行封装，没有对方法进行实现) ------>HTTP11Processor(具体实现类，实现了特定协议的解析方法和请求处理方式)。

 

由于I/O模型和应用层协议可以自由组合，比如 NIO + HTTP 或者 NIO2 + AJP。Tomcat的设计者把网络通信和应用层协议解析放在一起，设计出了ProtocolHandler的接口来封装这两种变化点。并且各种协议和通信模型的组合有相应的具体实现类。（比如：Http11NioProtocol 和 AjpNioProtocol）

4.3，Adapter：

　　ProtocolHandler接口负责解析请求并生成Tomcat Request类。但是这个Request对象不是标准的ServletRequest，所以不能用Tomcat Request作为参数来调用容器。Tomcat设计者的解决方案是引入 CoyoteAdapter，这是适配器设计模式。连接器调用CoyoteAdapter的Service方法，传入的是Tomcat Request对象，CoyoteAdapter负责将Tomcat Request转成ServletRequest，再调用容器的Service方法。

五，连接器组件图：

EndPoint接收到 Socket连接后，生成一个 SocketProcessor 任务提交到线程池去处理，SocketProcessor的Run方法会调用Processor组件去解析应用层协议，Processor通过解析生成Request对象后，会调用Adapter的Service方法。