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  • tomcat架构

    很多开源应用服务器都是集成tomcat作为web container的，而且对于tomcat的servlet container这部分代码很少改动。这样，这些应用服务器的性能基本上就取决于Tomcat处理HTTP请求的connector模块的性能。本文首先从应用层次分析了tomcat所有的connector种类及用法，接着从架构上分析了connector模块在整个tomcat中所处的位置，最后对connector做了详细的源代码分析。并且我们以Http11NioProtocol为例详细说明了tomcat是如何通过实现ProtocolHandler接口而构建connector的。

     一、Connector介绍

    1. Connector

    在Tomcat架构中，Connector主要负责处理与客户端的通信。Connector的实例用于监听端口，接受来自客户端的请求并将请求转交给Engine处理。同时将来自Engine的答复返回给客户端。

    2. Connector的种类

    Tomcat源码中与connector相关的类位于org.apache.coyote包中，Connector分为以下几类：

    Http Connector, 基于HTTP协议，负责建立HTTP连接。它又分为BIO Http Connector与NIO Http Connector两种，后者提供非阻塞IO与长连接Comet支持。默认情况下，Tomcat使用的就是这个Connector。

    AJP Connector, 基于AJP协议，AJP是专门设计用来为tomcat与http服务器之间通信专门定制的协议，能提供较高的通信速度和效率。如与Apache服务器集成时，采用这个协议。

    APR HTTP Connector, 用C实现，通过JNI调用的。主要提升对静态资源(如HTML、图片、CSS、JS等)的访问性能。现在这个库已独立出来可用在任何项目中。Tomcat在配置APR之后性能非常强劲。

    具体地，Tomcat7中实现了以下几种Connector：

    org.apache.coyote.http11.Http11Protocol : 支持HTTP/1.1 协议的连接器。

    org.apache.coyote.http11.Http11NioProtocol : 支持HTTP/1.1 协议+New IO的连接器。

    org.apache.coyote.http11.Http11AprProtocol : 使用APR（Apache portable runtime)技术的连接器,利用Native代码与本地服务器（如linux）来提高性能。

    （以上三种Connector实现都是直接处理来自客户端Http请求，加上NIO或者APR）

    org.apache.coyote.ajp.AjpProtocol：使用AJP协议的连接器，实现与web server（如Apache httpd）之间的通信

    org.apache.coyote.ajp.AjpNioProtocol：SJP协议+ New IO

    org.apache.coyote.ajp.AjpAprProtocol：AJP + APR

    （这三种实现方法则是与web server打交道，同样加上NIO和APR）

    当然，我们可以通过实现ProtocolHandler接口来定义自己的Connector。详细的实现过程请看文章后文。

    3. Connector的配置

    对Connector的配置位于conf/server.xml文件中，内嵌在Service元素中，可以有多个Connector元素。

    (1) BIO HTTP/1.1 Connector配置

    一个典型的配置如下：　　

    <Connector  port=”8080”  protocol=”HTTP/1.1”  maxThreads=”150”  conn ectionTimeout=”20000”   redirectPort=”8443” />
    其它一些重要属性如下：
    acceptCount : 接受连接request的最大连接数目，默认值是10
    address : 绑定IP地址，如果不绑定，默认将绑定任何IP地址
    allowTrace : 如果是true,将允许TRACE HTTP方法
    compressibleMimeTypes : 各个mimeType, 以逗号分隔，如text/html,text/xml
    compression : 如果带宽有限的话，可以用GZIP压缩
    connectionTimeout : 超时时间，默认为60000ms (60s)
    maxKeepAliveRequest : 默认值是100
    maxThreads : 处理请求的Connector的线程数目，默认值为200

    如果是SSL配置，如下：

    <Connector port="8181" protocol="HTTP/1.1" SSLEnabled="true" 
        maxThreads="150" scheme="https" secure="true" 
        clientAuth="false" sslProtocol = "TLS" 
        address="0.0.0.0" 
        keystoreFile="E:/java/jonas-full-5.1.0-RC3/conf/keystore.jks" 
        keystorePass="changeit" />

    其中，keystoreFile为证书位置，keystorePass为证书密码

    (2) NIO HTTP/1.1 Connector配置

    <Connector port=”8080” protocol=”org.apache.coyote.http11.Http11NioProtocol” maxThreads=”150” connectionTimeout=”20000” redirectPort=”8443”/>

    (3) Native APR Connector配置

    • ARP是用C/C++写的，对静态资源(HTML，图片等)进行了优化。所以要下载本地库tcnative-1.dll与openssl.exe，将其放在%tomcat%in目录下。

    下载地址是：http://tomcat.heanet.ie/native/1.1.10/binaries/win32/

    • 在server.xml中要配置一个Listener,如下图。这个配置tomcat是默认配好的。
      <!--APR library loader. Documentation at /docs/apr.html --> 
      <Listener className="org.apache.catalina.core.AprLifecycleListener" SSLEngine="on" />
    • 配置使用APR connector
      <Connector port=”8080” protocol=”org.apache.coyote.http11.Http11AprProtocol” 
      maxThreads=”150” connectionTimeout=”20000” redirectPort=”8443”
    •  
    如果配置成功，启动tomcat,会看到如下信息：
    org.apache.coyote.http11.Http11AprProtocol init
    (4)  AJP Connector配置：
    <Connector port="8009" protocol="AJP/1.3" redirectPort="8443" />

    二、Connector在Tomcat中所处的位置

    1. Tomcat架构

    >>>Server(服务器)是Tomcat构成的顶级构成元素，所有一切均包含在Serv    erz中，Server的实现类StandardServer可以包含一个到多个Services;>>>>Service的实现类为StandardService调用了容器(Container)     接口，其实是调用了Servlet Engine(引擎)，而且StandardService类中也   指明了该Service归属的Server;

    • >>>Container，引擎(Engine)、主机(Host)  上下文(Context)和Wraper均继承自Container接口，所以它们都是容器       但是，它们是有父子关系的，在主机(Host)、上下文(Context)和引擎(En      gine)这三类容器中，引擎是顶级容器，直接包含是主机容器，而主机容       器又包含上下文容器，所以引擎、主机和上下文从大小上来说又构成父子     关系,虽然它们都继承自Container接口。
    • >>>连接器(Connector)将Service和Container连接起来，首先它需要注册到一个Service，它的作用就是把来自客户端的请求转发到Container(容器)，这就是它为什么称作连接器的原因。

    故我们从功能的角度将Tomcat源代码分成5个子模块，它们分别是：

    Jsper子模块：这个子模块负责jsp页面的解析、jsp属性的验证，同时也负责将jsp页面动态转换为java代码并编译成class文件。在Tomcat源代码中，凡是属于org.apache.jasper包及其子包中的源代码都属于这个子模块;

    Servlet和Jsp规范的实现模块：这个子模块的源代码属于javax.servlet包及其子包，如我们非常熟悉的javax.servlet.Servlet接口、javax.servet.http.HttpServlet类及javax.servlet.jsp.HttpJspPage就位于这个子模块中;

    Catalina子模块：这个子模块包含了所有以org.apache.catalina开头的java源代码。该子模块的任务是规范了Tomcat的总体架构，定义了Server、Service、Host、Connector、Context、Session及Cluster等关键组件及这些组件的实现，这个子模块大量运用了Composite设计模式。同时也规范了Catalina的启动及停止等事件的执行流程。从代码阅读的角度看，这个子模块应该是我们阅读和学习的重点。

    Connector子模块：如果说上面三个子模块实现了Tomcat应用服务器的话，那么这个子模块就是Web服务器的实现。所谓连接器(Connector)就是一个连接客户和应用服务器的桥梁，它接收用户的请求，并把用户请求包装成标准的Http请求(包含协议名称，请求头Head，请求方法是Get还是Post等等)。同时，这个子模块还按照标准的Http协议，负责给客户端发送响应页面，比如在请求页面未发现时，connector就会给客户端浏览器发送标准的Http 404错误响应页面。

    Resource子模块：这个子模块包含一些资源文件，如Server.xml及Web.xml配置文件。严格说来，这个子模块不包含java源代码，但是它还是Tomcat编译运行所必需的。

    2.Tomcat运行流程

    假设来自客户的请求为：http://localhost:8080/test/index.jsp.请求被发送到本机端口8080，被在那里侦听的Coyote HTTP/1.1 Connector获得,然后
    • Connector把该请求交给它所在的Service的Engine来处理，并等待Engine的回应
    • Engine获得请求localhost:8080/test/index.jsp，匹配它所有虚拟主机Host
    • Engine匹配到名为localhost的Host(即使匹配不到也把请求交给该Host处理，因为该Host被定义为该Engine的默认主机)
    • localhost Host获得请求/test/index.jsp，匹配它所拥有的所有Context
    • Host匹配到路径为/test的Context(如果匹配不到就把该请求交给路径名为""的Context去处理)
    • path="/test"的Context获得请求/index.jsp，在它的mapping table中寻找对应的servlet
    • Context匹配到URL PATTERN为*.jsp的servlet，对应于JspServlet类，构造HttpServletRequest对象和HttpServletResponse对象，作为参数调用JspServlet的doGet或doPost方法
    • Context把执行完了之后的HttpServletResponse对象返回给Host
    • Host把HttpServletResponse对象返回给Engine
    • Engine把HttpServletResponse对象返回给Connector
    • Connector把HttpServletResponse对象返回给客户browser

    三、Connector源码分析

    1 Tomcat的启动分析与集成设想

    我们知道，启动tomcat有两种方式：双击bin/startup.bat、运行bin/catalina.bat run。它们对应于Bootstrap与Catalina两个类，我们现在只关心Catalina这个类，这个类使用Apache Digester解析conf/server.xml文件生成tomcat组件，然后再调用Embedded类的start方法启动tomcat。

    所以，集成Tomcat的方式就有以下两种了：

    ①沿用tomcat自身的server.xml

    ②自己定义一个xml格式来配置tocmat的各参数，自己再写解析这段xml，然后使用tomcat提供的API根据这些xml来生成Tomcat组件，最后调用Embedded类的start方法启动tomcat

    个人觉得第一种方式要优越，给开发者比较好的用户体验，如果使用这种，直接模仿Catalina类的方法即可实现集成。

    目前，JOnAS就使用了这种集成方式，JBoss、GlassFish使用的第二种自定义XML的方式。

    2. Connector类图与顺序图

    　　

    　

    　　

    从上面二图中我们可以得到如下信息：

    Tomcat中有四种容器(Context、Engine、Host、Wrapper)，前三者常见，第四个不常见但它也是实现了Container接口的容器

    如果要自定义一个Connector的话，只需要实现org.apache.coyote.ProtocolHander接口,该接口定义如下：

    [java] view plain copy
    1. <span style="font-size:14px;">/* 
    2.  *  Licensed to the Apache Software Foundation (ASF) under one or more 
    3.  *  contributor license agreements.  See the NOTICE file distributed with 
    4.  *  this work for additional information regarding copyright ownership. 
    5.  *  The ASF licenses this file to You under the Apache License, Version 2.0 
    6.  *  (the "License"); you may not use this file except in compliance with 
    7.  *  the License.  You may obtain a copy of the License at 
    8.  * 
    9.  *      http://www.apache.org/licenses/LICENSE-2.0 
    10.  * 
    11.  *  Unless required by applicable law or agreed to in writing, software 
    12.  *  distributed under the License is distributed on an "AS IS" BASIS, 
    13.  *  WITHOUT WARRANTIES OR CONDITIONS OF ANY KIND, either express or implied. 
    14.  *  See the License for the specific language governing permissions and 
    15.  *  limitations under the License. 
    16.  */  
    17.   
    18. package org.apache.coyote;  
    19.   
    20. import java.util.concurrent.Executor;  
    21.   
    22.   
    23. /** 
    24.  * Abstract the protocol implementation, including threading, etc. 
    25.  * Processor is single threaded and specific to stream-based protocols, 
    26.  * will not fit Jk protocols like JNI. 
    27.  * 
    28.  * This is the main interface to be implemented by a coyote connector. 
    29.  * Adapter is the main interface to be implemented by a coyote servlet 
    30.  * container. 
    31.  * 
    32.  * @author Remy Maucherat 
    33.  * @author Costin Manolache 
    34.  * @see Adapter 
    35.  */  
    36. public interface ProtocolHandler {   //Tomcat 中的Connector实现了这个接口  
    37.   
    38.     /** 
    39.      * The adapter, used to call the connector. 
    40.      */  
    41.     public void setAdapter(Adapter adapter);  
    42.     public Adapter getAdapter();  
    43.   
    44.   
    45.     /** 
    46.      * The executor, provide access to the underlying thread pool. 
    47.      */  
    48.     public Executor getExecutor();  
    49.   
    50.   
    51.     /** 
    52.      * Initialise the protocol. 
    53.      */  
    54.     public void init() throws Exception;  
    55.   
    56.   
    57.     /** 
    58.      * Start the protocol. 
    59.      */  
    60.     public void start() throws Exception;  
    61.   
    62.   
    63.     /** 
    64.      * Pause the protocol (optional). 
    65.      */  
    66.     public void pause() throws Exception;  
    67.   
    68.   
    69.     /** 
    70.      * Resume the protocol (optional). 
    71.      */  
    72.     public void resume() throws Exception;  
    73.   
    74.   
    75.     /** 
    76.      * Stop the protocol. 
    77.      */  
    78.     public void stop() throws Exception;  
    79.   
    80.   
    81.     /** 
    82.      * Destroy the protocol (optional). 
    83.      */  
    84.     public void destroy() throws Exception;  
    85.   
    86.   
    87.     /** 
    88.      * Requires APR/native library 
    89.      */  
    90.     public boolean isAprRequired();  
    91. }  
    92. </span>  

    自定义Connector时需实现的ProtoclHandler接口

    Tomcat以HTTP(包括BIO与NIO)、AJP、APR、内存四种协议实现了该接口(它们分别是：AjpAprProtocol、AjpProtocol、Http11AprProtocol、Http11NioProtocol、Http11Protocal、JkCoyoteHandler、MemoryProtocolHandler)，要使用哪种Connector就在conf/server.xml中配置，在Connector的构造函数中会通过反射实例化所配置的实现类：

    <Connector port="8181" 
       protocol="org.apache.coyote.http11.Http11AprProtocol " />
     
    3.Connector的工作流程
    下面我们以org.apache.coyote.http11.Http11AprProtocol为例说明Connector的工作流程。
    ①它将工作委托给AprEndpoint类。
    [java] view plain copy
    1. <span style="font-size:14px;">    public Http11AprProtocol() {  
    2.         endpoint = new AprEndpoint();                    // 主要工作由AprEndpoint来完成  
    3.         cHandler = new Http11ConnectionHandler(this);    // inner class  
    4.         ((AprEndpoint) endpoint).setHandler(cHandler);</span>  

    ②在AprEndpoint.Acceptor类中的run()方法会接收一个客户端新的连接请求.

    [java] view plain copy
    1. /** 
    2.  * The background thread that listens for incoming TCP/IP connections and 
    3.  * hands them off to an appropriate processor. 
    4.  */  
    5. protected class Acceptor extends AbstractEndpoint.Acceptor {  
    6.   
    7.     private final Log log = LogFactory.getLog(AprEndpoint.Acceptor.class);  
    8.   
    9.     @Override  
    10.     public void run() {  
    11.   
    12.         int errorDelay = 0;  
    13.   
    14.         // Loop until we receive a shutdown command  
    15.         while (running) {  


    ③在AprEndpoint类中，有一个内部接口Handler，该接口定义如下：

    [java] view plain copy
    1. <span style="font-size:14px;">/** 
    2.      * Bare bones interface used for socket processing. Per thread data is to be 
    3.      * stored in the ThreadWithAttributes extra folders, or alternately in 
    4.      * thread local fields. 
    5.      */  
    6.     public interface Handler extends AbstractEndpoint.Handler {  
    7.         public SocketState process(SocketWrapper<Long> socket,  
    8.                 SocketStatus status);  
    9.     }</span>  


    ④在Http11AprProtocol类中实现了AprEndpoint中的Handler接口，

    [java] view plain copy
    1. protected static class Http11ConnectionHandler  
    2.            extends AbstractConnectionHandler<Long,Http11AprProcessor> implements Handler {  
    3.          

    并调用Http11AprProcessor类(该类实现了ActionHook回调接口)。

           @Override

    [java] view plain copy
    1. <span style="font-size:14px;">        protected Http11AprProcessor createProcessor() {  
    2.             Http11AprProcessor processor = new Http11AprProcessor(</span>  
    四、 通过Connector实现一个简单的Server。
    通过以下这些步骤，你就可以建立一个很简单的服务器，除了用到tomcat的一些类之外，跟Tomcat没有任何关系。
    首先，建立一个含有main()方法的java类，详细代码如下：
    [java] view plain copy
    1. package myConnector;  
    2.   
    3. import java.util.concurrent.BlockingQueue;  
    4. import java.util.concurrent.LinkedBlockingQueue;  
    5. import java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor;  
    6. import java.util.concurrent.TimeUnit;  
    7.   
    8. import org.apache.coyote.http11.Http11Protocol;  
    9.   
    10.   
    11. /** 
    12.  * 基于Http11Protocol实现一个简单的服务器 
    13.  * @author bingduanLin 
    14.  * 
    15.  */  
    16. public class MyServer {  
    17.   
    18.     /** 
    19.      * @param args 
    20.      */  
    21.     public static void main(String[] args) throws Exception{  
    22.         Http11Protocol hp = new Http11Protocol();  
    23.         hp.setPort(9000);  
    24.         ThreadPoolExecutor threadPoolExecutor = createThreadPoolExecutor();  
    25.         threadPoolExecutor.prestartCoreThread();  
    26.         hp.setExecutor(threadPoolExecutor);  
    27.         hp.setAdapter(new myHandler());  
    28.         hp.init();  
    29.         hp.start();  
    30.         System.out.println("My Server has started successfully!");  
    31.           
    32.   
    33.     }  
    34.       
    35.     public static ThreadPoolExecutor createThreadPoolExecutor() {  
    36.         int corePoolSite = 2 ;  
    37.         int maxPoolSite = 10 ;  
    38.         long keepAliveTime = 60 ;  
    39.         TimeUnit unit = TimeUnit.SECONDS;  
    40.         BlockingQueue<Runnable> workQueue = new LinkedBlockingQueue<Runnable>();  
    41.         ThreadPoolExecutor threadPoolExecutor =   
    42.                 new ThreadPoolExecutor(corePoolSite, maxPoolSite,  
    43.                         keepAliveTime, unit, workQueue);  
    44.         return threadPoolExecutor;  
    45.     }  
    46.   
    47. }  

    上面这个类用到的MyHandler类代码如下：
    [java] view plain copy
    1. package myConnector;  
    2.   
    3. import java.io.ByteArrayOutputStream;  
    4. import java.io.OutputStreamWriter;  
    5. import java.io.PrintWriter;  
    6.   
    7. import org.apache.coyote.Adapter;  
    8. import org.apache.coyote.Request;  
    9. import org.apache.coyote.Response;  
    10. import org.apache.tomcat.util.buf.ByteChunk;  
    11. import org.apache.tomcat.util.net.SocketStatus;  
    12.   
    13. public class myHandler implements Adapter {  
    14.   
    15.     @Override  
    16.     public void service(Request req, Response res) throws Exception {  
    17.         // 请求处理  
    18.         System.out.println("Hi, Boss. I am handling the reuqest!");  
    19.         ByteArrayOutputStream baos = new ByteArrayOutputStream();     
    20.         PrintWriter writer = new PrintWriter(new OutputStreamWriter(baos));     
    21.         writer.println("Not Hello World");     
    22.         writer.flush();     
    23.     
    24.         ByteChunk byteChunk = new ByteChunk();     
    25.         byteChunk.append(baos.toByteArray(), 0, baos.size());     
    26.         res.doWrite(byteChunk);    
    27.   
    28.     }  
    29.   
    30.     @Override  
    31.     public boolean event(Request req, Response res, SocketStatus status)  
    32.             throws Exception {  
    33.         System.out.println("Event-Event");  
    34.         return false;  
    35.     }  
    36.   
    37.     @Override  
    38.     public boolean asyncDispatch(Request req, Response res, SocketStatus status)  
    39.             throws Exception {  
    40.         // TODO Auto-generated method stub  
    41.         return false;  
    42.     }  
    43.   
    44.     @Override  
    45.     public void log(Request req, Response res, long time) {  
    46.         // TODO Auto-generated method stub  
    47.   
    48.     }  
    49.   
    50.     @Override  
    51.     public String getDomain() {  
    52.         // TODO Auto-generated method stub  
    53.         return null;  
    54.     }  
    55.   
    56. }  

    注意，必须导入相关的tomcat源码文件。完成之后运行主程序即：MyServer。然后在浏览器中输入：localhost:9000就可以看到“Not Hello World”。
    下面是主程序的一些输出：
    十二月 20, 2012 8:46:12 下午 org.apache.coyote.AbstractProtocol init
    INFO: Initializing ProtocolHandler ["http-bio-9000"]
    十二月 20, 2012 8:46:13 下午 org.apache.coyote.AbstractProtocol start
    INFO: Starting ProtocolHandler ["http-bio-9000"]
    My Server has started successfully!
    Hi, Boss. I am handling the reuqest!
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    是不是很酷？？
     
    备注： （本文以ChinaUnix.net的原文为基础做修改，原文请参考：http://tech.chinaunix.net/a2011/1214/1288/000001288290_2.shtml)
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  • 原文地址：https://www.cnblogs.com/diegodu/p/5915300.html
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