tools

Apache Tomcat - Java Web应用服务器

项目简介

Apache Tomcat是Apache软件基金会开发的一个开源的Java Servlet容器，实现了Java EE的Servlet、JSP（JavaServer Pages）和WebSocket规范。Tomcat为Java Web应用程序提供了一个”纯Java”的HTTP Web服务器环境，使得Java代码能够在其中运行。

Tomcat最初由Sun Microsystems的James Duncan Davidson开发，后来捐赠给Apache软件基金会。它是目前最受欢迎的Java Web应用服务器之一，被广泛用于开发和部署Java Web应用程序。

主要特性

  • Servlet容器：完整实现Java Servlet 4.0规范
  • JSP引擎：支持JSP 2.3规范，提供动态网页生成
  • WebSocket支持：实现WebSocket 1.1规范
  • 管理界面：提供Web界面管理应用程序和服务器
  • 集群支持：支持会话复制和负载均衡
  • 安全性：内置安全域和访问控制机制
  • 轻量级：相比其他Java EE服务器，占用资源较少

项目原理

核心架构

Tomcat采用分层的组件架构：

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
Server (服务器)
└── Service (服务)
    ├── Connector (连接器)
    │   ├── HTTP/1.1 Connector
    │   ├── HTTP/2 Connector
    │   └── AJP Connector
    └── Engine (引擎)
        └── Host (虚拟主机)
            └── Context (Web应用上下文)
                ├── Servlet
                ├── Filter
                └── Listener

请求处理流程

  1. 连接接收：Connector接收HTTP请求
  2. 请求解析：解析HTTP请求头和参数
  3. 容器调用：将请求传递给Engine
  4. 主机匹配：根据Host匹配虚拟主机
  5. 上下文路由：根据URL路径匹配Web应用
  6. Servlet处理：调用相应的Servlet处理请求
  7. 响应生成：生成HTTP响应并返回

核心组件

Catalina（Servlet容器）：

  • 管理Servlet生命周期
  • 处理请求分发和会话管理
  • 实现安全和过滤机制

Coyote（HTTP连接器）：

  • 处理HTTP协议
  • 管理网络连接
  • 支持HTTP/1.1、HTTP/2和AJP协议

Jasper（JSP引擎）：

  • 编译JSP页面为Servlet
  • 管理JSP页面的生命周期
  • 提供表达式语言（EL）支持

使用场景

1. Java Web应用部署

Tomcat是部署Java Web应用程序的标准平台，支持WAR文件的热部署和管理。

2. 微服务架构

在微服务架构中，Tomcat作为嵌入式服务器，为每个微服务提供HTTP服务能力。

3. 开发和测试环境

开发者使用Tomcat搭建本地开发环境，进行Java Web应用的开发和调试。

4. 企业级Web服务

中小型企业使用Tomcat部署内部管理系统、OA系统等企业应用。

5. 反向代理后端

Tomcat与Apache HTTP Server或Nginx配合，作为处理动态内容的后端服务器。

具体案例

案例1：Spring Boot应用部署

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
<!-- pom.xml 配置 -->
<parent>
    <groupId>org.springframework.boot</groupId>
    <artifactId>spring-boot-starter-parent</artifactId>
    <version>2.7.0</version>
</parent>

<dependencies>
    <dependency>
        <groupId>org.springframework.boot</groupId>
        <artifactId>spring-boot-starter-web</artifactId>
    </dependency>
    <dependency>
        <groupId>org.springframework.boot</groupId>
        <artifactId>spring-boot-starter-tomcat</artifactId>
    </dependency>
</dependencies>
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
// Spring Boot应用主类
@SpringBootApplication
public class Application {
    public static void main(String[] args) {
        SpringApplication.run(Application.class, args);
    }
}

// REST控制器
@RestController
public class HelloController {
    @GetMapping("/hello")
    public String hello(@RequestParam(defaultValue = "World") String name) {
        return String.format("Hello, %s!", name);
    }
}

案例2：传统Servlet应用部署

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
<!-- web.xml 配置 -->
<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?>
<web-app xmlns="http://java.sun.com/xml/ns/javaee"
         version="3.1">
    <display-name>Web Application</display-name>
    
    <!-- Servlet配置 -->
    <servlet>
        <servlet-name>HelloServlet</servlet-name>
        <servlet-class>com.example.HelloServlet</servlet-class>
    </servlet>
    
    <servlet-mapping>
        <servlet-name>HelloServlet</servlet-name>
        <url-pattern>/hello</url-pattern>
    </servlet-mapping>
    
    <!-- 过滤器配置 -->
    <filter>
        <filter-name>EncodingFilter</filter-name>
        <filter-class>com.example.EncodingFilter</filter-class>
    </filter>
    
    <filter-mapping>
        <filter-name>EncodingFilter</filter-name>
        <url-pattern>/*</url-pattern>
    </filter-mapping>
</web-app>
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
// Servlet实现
@WebServlet("/hello")
public class HelloServlet extends HttpServlet {
    @Override
    protected void doGet(HttpServletRequest request, 
                        HttpServletResponse response) 
                        throws ServletException, IOException {
        response.setContentType("text/html;charset=UTF-8");
        PrintWriter out = response.getWriter();
        out.println("<h1>Hello from Servlet!</h1>");
    }
}

案例3：集群配置

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
<!-- server.xml 集群配置 -->
<Cluster className="org.apache.catalina.ha.tcp.SimpleTcpCluster"
         channelSendOptions="8">
    
    <Manager className="org.apache.catalina.ha.session.DeltaManager"
             expireSessionsOnShutdown="false"
             notifyListenersOnReplication="true"/>
    
    <Channel className="org.apache.catalina.tribes.group.GroupChannel">
        <Membership className="org.apache.catalina.tribes.membership.McastService"
                   address="228.0.0.4"
                   port="45564"
                   frequency="500"
                   dropTime="3000"/>
        
        <Receiver className="org.apache.catalina.tribes.transport.nio.NioReceiver"
                 address="auto"
                 port="4000"
                 autoBind="100"
                 selectorTimeout="5000"
                 maxThreads="6"/>
        
        <Sender className="org.apache.catalina.tribes.transport.ReplicationTransmitter">
            <Transport className="org.apache.catalina.tribes.transport.nio.PooledParallelSender"/>
        </Sender>
    </Channel>
    
    <Valve className="org.apache.catalina.ha.tcp.ReplicationValve"
           filter=""/>
    <Valve className="org.apache.catalina.ha.session.JvmRouteBinderValve"/>
    
    <ClusterListener className="org.apache.catalina.ha.session.ClusterSessionListener"/>
</Cluster>

案例4：数据源配置

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
<!-- context.xml 数据源配置 -->
<Context>
    <Resource name="jdbc/MyDB"
              auth="Container"
              type="javax.sql.DataSource"
              maxTotal="20"
              maxIdle="10"
              maxWaitMillis="-1"
              username="dbuser"
              password="dbpass"
              driverClassName="com.mysql.cj.jdbc.Driver"
              url="jdbc:mysql://localhost:3306/mydb?useUnicode=true&amp;characterEncoding=UTF-8"/>
</Context>
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
41
42
43
// 使用数据源
@WebServlet("/users")
public class UserServlet extends HttpServlet {
    private DataSource dataSource;
    
    @Override
    public void init() throws ServletException {
        try {
            Context initContext = new InitialContext();
            Context envContext = (Context) initContext.lookup("java:/comp/env");
            dataSource = (DataSource) envContext.lookup("jdbc/MyDB");
        } catch (NamingException e) {
            throw new ServletException("数据源初始化失败", e);
        }
    }
    
    @Override
    protected void doGet(HttpServletRequest request, 
                        HttpServletResponse response) 
                        throws ServletException, IOException {
        try (Connection conn = dataSource.getConnection();
             PreparedStatement stmt = conn.prepareStatement("SELECT * FROM users");
             ResultSet rs = stmt.executeQuery()) {
            
            // 处理查询结果
            response.setContentType("application/json;charset=UTF-8");
            PrintWriter out = response.getWriter();
            out.println("[");
            
            boolean first = true;
            while (rs.next()) {
                if (!first) out.println(",");
                out.printf("{\"id\":%d,\"name\":\"%s\"}", 
                          rs.getInt("id"), rs.getString("name"));
                first = false;
            }
            out.println("]");
            
        } catch (SQLException e) {
            throw new ServletException("数据库查询失败", e);
        }
    }
}

性能优化建议

1. JVM调优

1
2
# 启动脚本优化
export JAVA_OPTS="-Xms2048m -Xmx4096m -XX:+UseG1GC -XX:MaxGCPauseMillis=200 -XX:+HeapDumpOnOutOfMemoryError"

2. 连接器调优

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
<!-- server.xml 连接器优化 -->
<Connector port="8080" 
           protocol="org.apache.coyote.http11.Http11NioProtocol"
           maxThreads="200"
           minSpareThreads="10"
           connectionTimeout="20000"
           acceptorThreadCount="2"
           enableLookups="false"
           compression="on"
           compressionMinSize="2048"
           compressableMimeType="text/html,text/xml,text/plain,application/javascript,text/css"/>

3. 会话管理优化

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
<!-- context.xml 会话管理 -->
<Manager className="org.apache.catalina.session.PersistentManager"
         saveOnRestart="true"
         maxActiveSessions="-1"
         minIdleSwap="1800"
         maxIdleSwap="3600"
         maxIdleBackup="1800">
    <Store className="org.apache.catalina.session.FileStore"
           directory="sessions"/>
</Manager>

4. 日志配置优化

1
2
3
4
5
6
7
8
9
# logging.properties
handlers = 1catalina.org.apache.juli.AsyncFileHandler, java.util.logging.ConsoleHandler

.handlers = 1catalina.org.apache.juli.AsyncFileHandler, java.util.logging.ConsoleHandler

1catalina.org.apache.juli.AsyncFileHandler.level = INFO
1catalina.org.apache.juli.AsyncFileHandler.directory = ${catalina.base}/logs
1catalina.org.apache.juli.AsyncFileHandler.prefix = catalina.
1catalina.org.apache.juli.AsyncFileHandler.maxDays = 7

Apache Tomcat作为Java Web应用服务器的标杆，其简单易用、高性能的特点使其成为Java开发者的首选。通过合理的配置和优化，Tomcat可以支撑高并发的Web应用，满足从小型项目到企业级应用的各种需求。

版权所有，如有侵权请联系我