1、Tomcat内部工作原理讲解 Tomcat内部工作原理讲解概要 欢迎阅读How Tomcat Works这本书。这本书解剖了Tomcat4.1.12和5.0.18版本，解释了它的servlet容器的内部运行机制，那是一个免费的，开源的， 最受欢迎的servlet容器，代号为Catalina。Tomcat是一个复杂的系统，由许多不同的组件构成。那些想要学习Tomcat运行机制的朋友 大部分知道从何入手。这本书会提供一个蓝图，然后为每一个组件构造一个简化版本，使得可以更加容易的理解这些组件。在这之后才会对真实的组件进行解释。 你应该从这份简介开始阅读，因为它解释了这本书的结构，同时给你勾画了这个项
2、目构造的简洁轮廓。“准备前提软件”这一节会给你一些指示，例如你需要下载什 么样的软件，如何为你的代码创建目录结构等等。 本书为谁而作 这本书是为任何一个使用Java技术进行工作的人而准备的。 假如你是一个servlet/jsp程序员或者一个Tomcat用户，而且对一个servlet容器是如何工作这个问题你感兴趣的话，这本书就是为你准备 的。 假如你想加入Tomcat的开发团队的话，这本书就是为你准备的，因为你首先需要学习那些已存在的代码是如何工作的。 假如你从未涉及web开发，但你对一般意义上的软件开发感兴趣的话，你可以在这本书学到一个像Tomcat一样的大型项目是如何进行设计和开发的。 假如
3、你想配置和自定义Tomcat，你也应该读读这本书。 为了理解书中的讨论，你需要了解Java面向对象编程技术以及servlet编程。假如你对这些不熟悉的话，这里有很多书籍可以参考，包括Budi的 Java for the Web with Servlets, JSP, and EJB。为了让这些材料更容易理解，每一章开始都会有便于理解所讨论主题的必要的背景资料介绍。 Servlet容器是如何工作的 servlet容器是一个复杂的系统。不过，一个servlet容器要为一个servlet的请求提供服务，基本上有三件事要做: 创建一个request对象并填充那些有可能被所引用的servlet使用的信息
4、，如参数、头部、cookies、查询字符串、URI等等。一个 request对象是javax.servlet.ServletRequest或javax.servlet.http.ServletRequest 接口的一个实例。 创建一个response对象，所引用的servlet使用它来给客户端发送响应。一个response对象 javax.servlet.ServletResponse或javax.servlet.http.ServletResponse接口的一个实例。 调用servlet的service方法，并传入request和response对象。在这里servlet会从request对
5、象取值，给 response写值。 当你读这些章节的时候，你将会找到关于catalina servlet容器的详细讨论。 Catalina架构图 Catalina是一个非常复杂的，并优雅的设计开发出来的软件，同时它也是模块化的。基于“Servlet容器是如何工作的”这一节中提到的任务，你可 以把Catalina看成是由两个主要模块所组成的：连接器(connector)和容器(container)。在Figure I.1中的架构图，当然是简化了。在稍后的章节里边，你将会一个个的揭开所有更小的组件的神秘面纱。 现在重新回到Figure I.1，连接器是用来“连接”容器里边的请求的。它的工作是为接收
6、到每一个HTTP请求构造一个request和response对象。然后它把流程传递 给容器。容器从连接器接收到requset和response对象之后调用servlet的service方法用于响应。谨记，这个描述仅仅是冰山一角而 已。这里容器做了相当多事情。例如，在它调用servlet的service方法之前，它必须加载这个servlet，验证用户(假如需要的话)，更新用 户会话等等。一个容器为了处理这个进程使用了很多不同的模块，这也并不奇怪。例如，管理模块是用来处理用户会话，而加载器是用来加载servlet类等 等。 Tomcat 4和5 这本书涵盖了Tomcat4和5.这两者有一些不同之处
7、: Tomcat 5支持Servlet 2.4和JSP 2.0规范，而Tomcat 4支持Servlet 2.3和JSP 1.2。 比起Tomcat 4，Tomcat 5有一些更有效率的默认连接器。 Tomcat 5共享一个后台处理线程，而Tomcat 4的组件都有属于自己的后台处理线程。因此，就这一点而言，Tomcat 5消耗较少的资源。 Tomcat 5并不需要一个映射组件(mapper component)用于查找子组件，因此简化了代码。 各章概述 这本书共20章，其中前面两章作为导言。 第1章说明一个HTTP服务器是如何工作的，第2章突出介绍了一个简单的servlet容器。接下来的两章
8、关注连接器，第5章到第20章涵盖容器里边的每 一个组件。以下是各章节的摘要。 注意:对于每个章节，会有一个附带程序，类似于正在被解释的组件。 第1章从这本书一开始就介绍了一个简单的HTTP服务器。要建立一个可工作的HTTP服务器，你需要知道在包里边的2个类的内部运 作：Socket和ServerSocket。这里有关于这2个类足够的背景资料，使得你能够理解附带程序是如何工作的。 第2章说明简单的servlet容器是如何工作的。这一章带有2个servlet容器应用，可以处理静态资源和简单的servlet请求。尤其是你将会学 到如何创建request和response对象，然后把它们传递给被请求的
9、servlet的service方法。在servlet容器里边还有一个 servlet，你可以从一个web浏览器中调用它。 第3章介绍了一个简化版本的Tomcat 4默认连接器。这章里边的程序提供了一个学习工具，用于理解第4章里边的讨论的连接器。 第4章介绍了Tomcat 4的默认连接器。这个连接器已经不推荐使用，推荐使用一个更快的连接器，Coyote。不过，默认的连接器更简单，更易于理解。 第5章讨论container模块。container指的是org.apache.catalina.Container接口，有4种类型的 container:engine, host, context和wra
10、pper。这章提供了两个工作于context和wrapper的程序。 第6章解释了Lifecycle接口。这个接口定义了一个Catalina组件的生命周期，并提供了一个优雅的方式，用来把在该组件发生的事件通知其他组 件。另外，Lifecycle接口提供了一个优雅的机制，用于在Catalina通过单一的start/stop来启动和停止组件 第7章包括日志，该组件是用来记录错误信息和其他信息的。 第8章解释了加载器(loader)。加载器是一个重要的Catalina模块，负责加载servlet和一个web应用所需的其他类。这章还展示了如何 实现应用的重新加载。 第9章讨论了管理器(manager)
11、。这个组件用来管理会话管理中的会话信息。它解释了各式各样类型的管理器，管理器是如何把会话对象持久化的。在章 末，你将会学到如何创建一个的应用，该应用使用StandardManager实例来运行一个使用会话对象进行储值的servlet。 第10章包括web应用程序安全性的限制，用来限制进入某些内容。你将会学习与安全相关的实体，例如 主角(principals)，角色(roles)，登陆配置，认证等等。你也将会写两个程序，它们在StandardContext对象中安装一个身份 验证阀(authenticator valve)并且使用了基本的认证来对用户进行认证。 第11章详细解释了在一个web应用
12、中代表一个servlet的org.apache.catalina.core.StandardWrapper类。 特别的是，这章解释了过滤器(filter)和一个servlet的service方法是怎样给调用的。这章的附带程序使用 StandardWrapper实例来代表servlet。 第12章包括了在一个web应用中代表一个servlet的org.apache.catalina.core.StandardContext类。特别 是这章讨论了一个StandardContext对象是如何给配置的，对于每个传入的HTTP请求在它里面会发生什么，是怎样支持自动重新加载的，还有就 是，在一个在其相关的
13、组件中执行定期任务的线程中，Tomcat 5是如何共享的。 第13章介绍了另外两个容器：host和engine。你也同样可以找到这两个容器的标准实 现:org.apache.catalina.core.StandardHost和 org.apache.catalina.core.StandardEngine。 第14章提供了服务器和服务组件的部分。服务器为整个servlet容器提供了一个优雅的启动和停止机制，而服务为容器和一个或多个连接器提供了一个支 架。这章附带的程序说明了如何使用服务器和服务。 第15章解释了通过Digester来配置web应用。Digester是来源于Apache软件基金
14、会的一个令人振奋的开源项目。对那些尚未初步了解的 人，这章通过一节略微介绍了Digester库以及XML文件中如何使用它来把节点转换为Java对象。然后解释了用来配置一个 StandardContext实例的ContextConfig对象。 第16章解释了shutdown钩子，Tomcat使用它总能获得一个机会用于clean-up，而无论用户是怎样停止它的(即适当的发送一个 shutdown命令或者不适当的简单关闭控制台)。 第17章讨论了通过批处理文件和shell脚本对Tomcat进行启动和停止。 第18章介绍了部署工具(deployer)，这个组件是负责部署和安装web应用的。 第19章讨
15、论了一个特殊的接口，ContainerServlet，能够让servlet访问Catalina的内部对象。特别是，它讨论了 Manager应用，你可以通过它来部署应用程序。 第20章讨论了JMX以及Tomcat是如何通过为其内部对象创建MBeans使得这些对象可管理的。 各章的程序 每一章附带了一个或者多个程序，侧重于Catalina的一个特定的组件。通常你可以找到这些简化版本，无论是正在被解释的组件或者解释如何使用 Catalina组件的代码。各章节的程序的所有的类和接口都放在ex章节号.pyrmont包或者它的子包。例如第1章的程序的类就是放在 ex01.pyrmont包中。 准备的前提软
16、件 这本书附带的程序运行于J2SE1.4版本。压缩源文件可以从作者的网站中 下载。它包括Tomcat 4.1.12和这本书所使用的程序的源代码。假设你已经安装了J2SE 1.4并且你的path环境变量中已经包括了JDK的安装目录，请按照下列步骤： 1. 解压缩ZIP文件。所有的解压缩文件将放在一个新的目录howtomcatworks中。howtomcatworks将是你的工作目录。在 howtomcatworks目录下面将会有数个子目录，包括lib (包括所有所需的库)，src (包括所有的源文件)，webroot (包括一个HTML文件和三个servlet样本)，和webapps (包括示例
17、应用程序)。 2. 改变目录到工作目录下并编译java文件。加入你使用的是Windows，运行win-compile.bat文件。假如你的计算机是Linux机器，敲 入以下内容：(如有必要的话不用忘记使用chmod更改文件属性) ./linux-compile.sh 注意：你可以在ZIP文件中的Readme.txt文件找到更多信息。 第一章:一个简单的Web服务器 本章说明java web服务器是如何工作的。Web服务器也成为超文本传输协议(HTTP)服务器，因为它使用HTTP来跟客户端进行通信的，这通常是个web浏览器。一 个基于java的web服务器使用两个重要的类：.Socket和.Se
18、rverSocket，并通过HTTP消息进行 通信。因此这章就自然是从HTTP和这两个类的讨论开始的。接下去，解释这章附带的一个简单的web服务器。 超文本传输协议(HTTP) HTTP是一种协议，允许web服务器和浏览器通过互联网进行来发送和接受数据。它是一种请求和响应协议。客户端请求一个文件而服务器响应请求。HTTP 使用可靠的TCP连接-TCP默认使用80端口。第一个HTTP版是HTTP/0.9，然后被HTTP/1.0所替代。正在取代HTTP/1.0的是当 前版本HTTP/1.1，它定义于征求意见文档(RFC) 2616，可以从http:/www.w3.org/Protocols/HTT
19、P/1.1/rfc2616.pdf下 载。 注意：本节涵盖的HTTP 1.1只是简略的帮助你理解web服务器应用发送的消息。假如你对更多详细信息感兴趣，请阅读RFC 2616。 在HTTP中，始终都是客户端通过建立连接和发送一个HTTP请求从而开启一个事务。web服务器不需要联系客户端或者对客户端做一个回调连接。无论是客 户端或者服务器都可以提前终止连接。举例来说，当你正在使用一个web浏览器的时候，可以通过点击浏览器上的停止按钮来停止一个文件的下载进程，从而有效 的关闭与web服务器的HTTP连接。 HTTP请求 一个HTTP请求包括三个组成部分： 方法统一资源标识符(URI)协议/版本 请
20、求的头部 主体内容 下面是一个HTTP请求的例子： POST /examples/default.jsp HTTP/1.1Accept: text/plain; text/htmlAccept-Language: en-gbConnection: Keep-AliveHost: localhostUser-Agent: Mozilla/4.0 (compatible; MSIE 4.01; Windows 98)Content-Length: 33Content-Type: application/x-www-form-urlencodedAccept-Encoding: gzip, defl
21、atelastName=Franks&firstName=Michael 方法统一资源标识符(URI)协议/版本出现在请求的第一行。 POST /examples/default.jsp HTTP/1.1 这里POST是请求方法，/examples/default.jsp是URI，而HTTP/1.1是协议/版本部分。 每个HTTP请求可以使用HTTP标准里边提到的多种方法之一。HTTP 1.1支持7种类型的请求：GET, POST,HEAD, OPTIONS, PUT, DELETE和TRACE。GET和POST在互联网应用里边最普遍使用的。 URI完全指明了一个互联网资源。URI通常是相对服
22、务器的根目录解释的。因此，始终一斜线/开头。统一资源定位器(URL)其实是一种URI(查看http:/www.ietf.org/rfc/rfc2396.txt) 来的。该协议版本代表了正在使用的HTTP协议的版本。 请求的头部包含了关于客户端环境和请求的主体内容的有用信息。例如它可能包括浏览器设置的语言，主体内容的长度等等。每个头部通过一个回车换行符 (CRLF)来分隔的。 对于HTTP请求格式来说，头部和主体内容之间有一个回车换行符(CRLF)是相当重要的。CRLF告诉HTTP服务器主体内容是在什么地方开始的。在一 些互联网编程书籍中，CRLF还被认为是HTTP请求的第四部分。 在前面一个H
23、TTP请求中，主体内容只不过是下面一行：lastName=Franks&firstName=Michael 实体内容在一个典型的HTTP请求中可以很容易的变得更长。HTTP响应 类似于HTTP请求，一个HTTP响应也包括三个组成部分： 方法统一资源标识符(URI)协议/版本 响应的头部 主体内容 下面是一个HTTP响应的例子： HTTP/1.1 200 OKServer: Microsoft-IIS/4.0Date: Mon, 5 Jan 2004 13:13:33 GMTContent-Type: text/htmlLast-Modified: Mon, 5 Jan 2004 13:13:1
24、2 GMTContent-Length: 112HTTP Response ExampleWelcome to Brainy Software 响应头部的第一行类似于请求头部的第一行。第一行告诉你该协议使用HTTP 1.1，请求成功(200=成功)，表示一切都运行良好。 响应头部和请求头部类似，也包括很多有用的信息。响应的主体内容是响应本身的HTML内容。头部和主体内容通过CRLF分隔开来。Socket类 套接字是网络连接的一个端点。套接字使得一个应用可以从网络中读取和写入数据。放在两个不同计算机上的两个应用可以通过连接发送和接受字节流。为了从你的 应用发送一条信息到另一个应用，你需要知道另一
25、个应用的IP地址和套接字端口。在Java里边，套接字指的是.Socket类。 要创建一个套接字，你可以使用Socket类众多构造方法中的一个。其中一个接收主机名称和端口号：public Socket (java.lang.String host, int port) 在这里主机是指远程机器名称或者IP地址，端口是指远程应用的端口号。例如，要连接的80端口，你需要构造以下的Socket对象：new Socket (, 80); 一旦你成功创建了一个Socket类的实例，你可以使用它来发送和接受字节流。要发送字节流，你首先必须调用Socket类的 getOutputStream方法来获取一个jav
26、a.io.OutputStream对象。要发送文本到一个远程应用，你经常要从返回的 OutputStream对象中构造一个java.io.PrintWriter对象。要从连接的另一端接受字节流，你可以调用Socket类的 getInputStream方法用来返回一个java.io.InputStream对象。 以下的代码片段创建了一个套接字，可以和本地HTTP服务器(127.0.0.1是指本地主机)进行通讯，发送一个HTTP请求，并从服务器接受响应。它 创建了一个StringBuffer对象来保存响应并在控制台上打印出来。Socket socket = new Socket(127.0.0.1
27、, 8080);OutputStream os = socket.getOutputStream();boolean autoflush = true;PrintWriter out = new PrintWriter(socket.getOutputStream(), autoflush);BufferedReader in = new BufferedReader(new InputStreamReader( socket.getInputstream() );/ send an HTTP request to the web serverout.println(GET /index.js
28、p HTTP/1.1);out.println(Host: localhost:8080);out.println(Connection: Close);out.println();/ read the responseboolean loop = true;StringBuffer sb = new StringBuffer(8096);while (loop) if ( in.ready() ) int i=0;while (i!=-1) i = in.read();sb.append(char) i);loop = false;Thread.currentThread().sleep(5
29、0);/ display the response to the out consoleSystem.out.println(sb.toString();socket.close(); 请注意，为了从web服务器获取适当的响应，你需要发送一个遵守HTTP协议的HTTP请求。假如你已经阅读了前面一节超文本传输协议(HTTP)，你应 该能够理解上面代码提到的HTTP请求。 注意：你可以本书附带的 com.brainysoftware.pyrmont.util.HttpSniffer类来发送一个HTTP请求并显示响应。要使用这个Java程 序，你必须连接到互联网上。虽然它有可能并不会起作用，假如你有
30、设置防火墙的话。ServerSocket类 Socket类代表一个客户端套接字，即任何时候你想连接到一个远程服务器应用的时候你构造的套接字，现在，假如你想实施一个服务器应用，例如一个 HTTP服务器或者FTP服务器，你需要一种不同的做法。这是因为你的服务器必须随时待命，因为它不知道一个客户端应用什么时候会尝试去连接它。为了让你 的应用能随时待命，你需要使用.ServerSocket类。这是服务器套接字的实现。 ServerSocket和Socket不同，服务器套接字的角色是等待来自客户端的连接请求。一旦服务器套接字获得一个连接请求，它创建一个 Socket实例来与客户端进行通信。 要创建一个服务器套接字，你需要使用ServerSocket类提供的四个构造方法中的一个。你需要指定IP地址和服务器套接字将要进行监听的端口号。通 常，IP地址将会是127.0.0.1，也就是说，服务器套接字将会监听本地机器。服务器套接字正在监听的IP地址被称为是绑定地址。服务器套接字的另一
