Tomcat 的使用及原理分析（IDEA版）

文章目录
一、预备知识

1、软件架构

2、资源分类

3、网络通信三要素

4、服务器软件：

5、web 服务器软件

二、Tomcat 的使用
- 1、下载
- 2、安装
- 3、卸载
- 4、启动
- 5、Tomcat 启动可能遇到的问题
- 6、关闭
- 7、配置
三、Tomcat 集成 intelliJ IDEA
- 1、首先新建一个项目，选择 `java EE`
- 2、创建完成
- 3、配置 Tomcat
- 4、启动项目
- 5、虚拟目录
- 6、端口
- 7、从一般到特殊
- 8、IDEA 的热部署
四、IDEA 集成 Tomcat 分析
五、Tomcat 原理分析
- 1、Tomcat 的组成
- 2、Tomcat 的启动流程
- 3、Web 应用的部署方式
- 4、Servlet
- 5、JSP 引擎
六、总结

…

一、预备知识

这部分内容时理解 Tomcat 的基础，主要介绍服务器的概念。

1、软件架构

1. C/S：客户端/服务器端
2. B/S：浏览器/服务器端

2、资源分类

1. 静态资源：所有用户访问后，得到的结果都是一样的，称为静态资源.静态资源可以直接被浏览器解析
	* 如： html,css,JavaScript
2. 动态资源:每个用户访问相同资源后，得到的结果可能不一样。称为动态资源。动态资源被访问后，需要先转换为静态资源，在返回给浏览器
	* 如：servlet/jsp,php,asp....

3、网络通信三要素

1. IP：电子设备(计算机)在网络中的唯一标识。
2. 端口：应用程序在计算机中的唯一标识。 0~65536
3. 传输协议：规定了数据传输的规则
	1. 基础协议：
		1. tcp:安全协议，三次握手。 速度稍慢
		2. udp：不安全协议。 速度快

4、服务器软件：

服务器就是安装了服务器软件的计算机，它的硬盘比较大，内存比较多，CPU性能好。
比如电脑安装了 MySQL 服务器软件，那么这台电脑就可以作为服务器，因为它可以让别的电脑访问到然后操作 MySQL 里的数据。
那么安装了 Web 服务器软件，那么这台电脑就可以作为 Web 服务器，让别的电脑访问到。

服务器软件的作用就是可以接收用户的请求，处理请求，做出响应。

5、web 服务器软件

在web服务器软件中，可以部署 web 项目，让用户通过浏览器来访问这些项目。

之前我们的角色是用户，将来我们的角色内容提供者，让别人通过浏览器来访问我们写的项目。

动态资源不能够自动运行，他们只能运行在 Web 服务器软件中。

所以也被称为 Web容器，也就是说动态资源必须在容器中才能运行。

而我们要学习的 Tomcat 就是这样一款 Web 服务器软件。

二、Tomcat 的使用

1、下载

http://tomcat.apache.org/

2、安装

解压压缩包即可。

解压完之后如图所示：

每个文件夹内容：

3、卸载

删除目录就行了

4、启动

1、`bin/startup.bat` ,双击运行该文件即可
2、访问：
	浏览器输入：
	http://localhost:8080 	访问自己
	http://别人的ip:8080 	访问别人

5、Tomcat 启动可能遇到的问题

黑窗口一闪而过

原因：没有正确配置JAVA_HOME环境变量
解决方案：正确配置JAVA_HOME环境变量

启动报错

暴力法：找到占用的端口号，并且找到对应的进程，杀死该进程

netstat -ano

温柔法：修改自身的端口号

在下面的文件中修改

conf/server.xml

<Connector port="8888" protocol="HTTP/1.1"
		               connectionTimeout="20000"
		               redirectPort="8445" />

一般会将tomcat的默认端口号修改为80。 80端口号是http协议的默认端口号。好处：在访问时，就不用输入端口号

6、关闭

1、正常关闭：
	bin/shutdown.bat
	ctrl+c
2、强制关闭：
	点击启动窗口的×

7、配置

这里才是最重要的

部署项目的方式：

将项目打成一个war包，再将war包放置到webapps目录下。war包会自动解压缩

配置 conf/server.xml 文件: 在标签体中配置

<Context docBase="D:hello" path="/hehe" />
//docBase是项目存放目录
//hehe是虚拟目录

在confCatalinalocalhost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动态项目的目录结构：
					-- 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

三、Tomcat 集成 intelliJ IDEA

1、首先新建一个项目，选择 `java EE`

选择 Tomcat Server ：

选择本地的包，选最外层的文件夹就可以了，选好了之后下面的 Tomcat base directory 他会自动生成：

Application Server 选择你本地解压的 Tomcat 的包的位置。

注意这里要勾上

当然不勾也可以，我们也可以手动创建这些包，但是自动生成会方便一些。

2、创建完成

创建完成之后的目录结构应该是这样的：

你可以看到，该有的包都已经自动导入了。

3、配置 Tomcat

选择 run 下面的 Edit Configurations

点击Template拓展窗口

找到 Tomcat，选择local，

然后配置到你本地的 Tomcat 地址，端口什么的保持原样就可以了

然后点击 Apply OK 关掉就可以了。

4、启动项目

配置好了之后选择你的Tomcat，然后启动：

我这里稍微改造了一下 index.html 界面，如图所示：

贴出来代码：

<%--
  Created by IntelliJ IDEA.
  User: wsuo
  Date: 2020/2/26
  Time: 16:39
  To change this template use File | Settings | File Templates.
--%>
<%@ page contentType="text/html;charset=UTF-8" language="java" %>
<html>
<head>
    <title>18103330219-王硕</title>
    <style>
        #d1 {
            width: 600px;
            height: 400px;
            background-color: antiquewhite;
            text-align: center;
            border-radius: 10%;
            margin-top: 140px;
            margin-left: 450px;
            position: absolute;
        }

        .font {
            color: darkorange;
            font-weight: bolder;
            text-align: center;
        }
    </style>
</head>
<body>
<div id="d1">
    <h1 class="font">计算机182 ** 1810333**** 男</h1>
    <%
        String a = "abc";
        System.out.println(a);
        out.println(a + "d");
    %>
</div>
</body>
</html>

运行在浏览器端是这样子的：

这样你的IDEA集成 Tomcat 就成功了！

5、虚拟目录

这里稍微多讲一点，关于虚拟目录

如果你细心的话会发现我的项目网址名称很难看：

其中的这个wsProject_war_exploded就是你的虚拟目录

什么意思呢，就是你要在路径名称上加上这句才可以访问到，哪有的同学说你这个太难看了，我可以换个吗，当然可以，你可以随时打开如下图的配置：

点击之后选择 Deployment 然后看下图：

其中这个 Application Context 就是你的虚拟目录，你想改成什么都可以，这样你的访问路径就会发生相应的变化：

比如我如果设置成这样：

那么我访问的时候浏览器的地址就应该是：

http://localhost:8080/index.jsp

如果设置成abcd 那么我访问的时候浏览器的地址就应该是：

http://localhost:8080/abcd/index.jsp

6、端口

再来聊一下端口

细心的你会发现，我们的地址栏冒号后面有个8080，那为什么是8080呢，我填8089行不行？

答案是不行的，但是我们可以配置：

将这个数字改成你想要的的都可以，但是注意可能会有端口占用的问题，这样的话你可以选择我们之前提到的暴力法或者温柔法解决它。

注意一点就是如果你设置成 80端口，那么你就不用填写端口了：比如上面的地址可以进一步简化为：

http://localhost/index.jsp

因为 80 端口是浏览器的默认端口!

就好像你在 计182 班级里面不用加计182 的前缀一样,因为大家都知道你是182班的。

7、从一般到特殊

OK，我们回过来看这个页面：

路径：

http://localhost:8080/wsProject_war_exploded/index.jsp

我们已经知道端口和虚拟目录了，那么后面的index.jsp是什么鬼呢？？？

可以换吗？

当然可以，看图：

从图中可以看出，index是直属于web文件夹的，而 web 是一个 webapp 的核心，所以index就是直接在项目根目录下的。

如果我们把index放进一个文件夹里比如file里，那么访问路径就要改为：

http://localhost:8080/wsProject_war_exploded/file/index.jsp

那如果我们不想访问index.jsp呢，比如想访问 hello.html:

贴出来代码:

<!DOCTYPE html>
<html lang="en">
<head>
    <meta charset="UTF-8">
    <title>Hello</title>
</head>
<body>
<h1>
    你好我是Hello.html!
</h1>
</body>
</html>

我们新建了web/file/hello.html，于是可以在浏览器输入地址访问：

http://localhost:8080/wsProject_war_exploded/file/hello.html

还有就是 index.jsp,本身比较特殊，就算我们不写也可以访问到，这是因为名字特殊，是一个默认值，这在后面学习 web.xml 中会讲到.

8、IDEA 的热部署

如果你跟着我一起做了，相信你一定深有体会，改变文件内容之后一定要重新启动服务器，不然改动效果不会生效。这在开发过程中是很烦的，为了解决这个问题，我们可以使用以下办法（如果你的IDEA使用本来就很卡顿不建议这么做）：

修改为上面在每次新建文件的时候就可以不用每次都重启服务器了。

如果你改为：

这样你以后再写 java 代码的时候也可以不用重启服务器了，但是并不推荐这样做，因为java代码的修改次数比较频繁。

~~由于篇幅原因，有关 Tomecat 的原理部分请看我的另外一篇文章。~~

四、IDEA 集成 Tomcat 分析

IDEA会为每一个 Tomcat 部署的项目单独建立一份配置文件。

那么这个配置文件在哪呢？

我们先启动一个项目：

观察控制台的输出：

观察到有 Using CATALINA_BASE，这个的意思就是使用的工作目录，也就是工作空间项目。

C:Users13343.IntelliJIdea2019.2systemtomcatTomcat_8_5_31_wsProject

然后我们顺着这个路径去电脑上面查看：

在 conf 里面有一大推配置文件：

这里有很多的配置文件，我们可以打开进行修改端口什么的，但是现在都是 IDEA 磅我们生成好了，通过图形化界面自动生成好了，所以IDEA简化了我们的开发，这就好像计算机指令与图形化界面的关系一样。

然后我们继续往下看：

打开 confCatalinalocalhost

发现有一个文件，还是以我们的项目名称命名的！

打开看看：

发现有一个路径，这是Tomcat部署的web项目：

D:developIDEA_2017IdeaProjectslsu_studywsProjectoutartifactswsProject_war_exploded

在电脑中打开：

这就是我们之前所说的第三种项目的部署方式，这里IDEA又帮我们自动生成了。

就是这个：

在confCatalinalocalhost创建任意名称的xml文件

他就相当于在 webapps 目录下放了一个 war 包。
你工作空间的out目录下面就是Tomcat的项目部署的地方。
这个才是 Tomcat 真正访问的项目。

而 Tomcat部署的web项目目录下会有一个 classes ，这里的文件从哪里来呢？

从你的项目的 src 目录下来的。例子中的项目 src 目录为空，所以没有 classes 文件夹。

仔细看上面两个目录，你会发现，web目录其实就是 Tomcat部署的web项目的根目录！

五、Tomcat 原理分析

1、Tomcat 的组成

如下图：

Server： Tomcat 封装的、对外提供完整的、基于组件的 web 服务，包含 Connectors、Container 两个核心组件，以及多个功能组件，各个 Service 之间是独立的，但是共享同一 JVM 的资源；

Connector： Tomcat 与外部世界的连接器，监听固定端口接收外部请求，传递给 Container，并将 Container 处理的结果返回给外部；

Container： Catalina，Servlet 容器，内部有多层容器组成，用于管理 Servlet 生命周期，调用 servlet 相关方法。

Loader： 封装了 Java ClassLoader，用于 Container 加载类文件；

Realm： Tomcat 中为 web 应用程序提供访问认证和角色管理的机制；

JMX： Java SE 中定义技术规范，是一个为应用程序、设备、系统等植入管理功能的框架，通过 JMX 可以远程监控 Tomcat 的运行状态；

Jasper： Tomcat 的 Jsp 解析引擎，用于将 Jsp 转换成 Java 文件，并编译成 class 文件。

Session： 负责管理和创建 session，以及 Session 的持久化(可自定义)，支持 session 的集群。

Pipeline： 在容器中充当管道的作用，管道中可以设置各种 valve(阀门)，请求和响应在经由管道中各个阀门处理，提供了一种灵活可配置的处理请求和响应的机制。

Naming： 命名服务，JNDI， Java 命名和目录接口，是一组在 Java 应用中访问命名和目录服务的 API。命名服务将名称和对象联系起来，使得我们可以用名称访问对象，目录服务也是一种命名服务，对象不但有名称，还有属性。Tomcat 中可以使用 JNDI 定义数据源、配置信息，用于开发与部署的分离。

Container的组成：

Engine： Servlet 的顶层容器，包含一个或多个 Host 子容器；

Host： 虚拟主机，负责 web 应用的部署和 Context 的创建；

Context： Web 应用上下文，包含多个 Wrapper，负责 web 配置的解析、管理所有的 Web 资源；

Wrapper： 最底层的容器，是对 Servlet 的封装，负责 Servlet 实例的创建、执行和销毁。

2、Tomcat 的启动流程

1、启动从 Tomcat 提供的 start.sh 脚本开始

我们点击这个：

shell 脚本会调用 Bootstrap 的 main 方法，实际调用了 Catalina 相应的 load、start 方法。

2、解析配置文件

然后 load 等方法会读取 conf 文件夹下的配置文件：

在解析的过程中会根据 xml 中的关系和配置信息来创建容器，并设置相关的属性。接着 Catalina 会调用 StandardServer 的 init 和 start 方法进行容器的初始化和启动。

3、生命周期

按照 xml 的配置关系，server 的子元素是 service，service 的子元素是顶层容器 Engine，每层容器有持有自己的子容器，而这些元素都实现了生命周期管理的各个方法，因此就很容易的完成整个容器的启动、关闭等生命周期的管理。

4、监听端口

StandardServer 完成 init 和 start 方法调用后，会一直监听来自 8005 端口(可配置)，如果接收到 shutdown 命令，则会退出循环监听，执行后续的 stop 和 destroy 方法，完成 Tomcat 容器的关闭。同时也会调用 JVM 的 Runtime.getRuntime() .addShutdownHook 方法，在虚拟机意外退出的时候来关闭容器。

5、ContainerBase

所有容器都是继承自 ContainerBase，基类中封装了容器中的重复工作，负责启动容器相关的组件 Loader、Logger、Manager、Cluster、Pipeline，启动子容器(线程池并发启动子容器，通过线程池 submit 多个线程，调用后返回 Future 对象，线程内部启动子容器，接着调用 Future 对象的 get 方法来等待执行结果)。

3、Web 应用的部署方式

catalina.home 是 安装目录
catalina.base 是 工作目录 即 webapps

Server.xml：

配置 Host 元素；
指定 appBase 属性；
配置 Context 元素；
指定 docBase 元素；
指定 web 应用的路径

HostConfig 监听了 StandardHost 容器的事件，在 start 方法中解析上述配置文件：

扫描并解析 webapps 下的所有文件夹和 war 包，解析各个应用的 META-INF / context.xml，并创建 StandardContext，并将 Context 加入到 Host 的子容器中。

ContextConfig 解析 context.xml 顺序：

先解析全局的配置 config/context.xml

然后解析 Host 的默认配置 EngineName/HostName/context.xml.default
最后解析应用的 META-INF/context.xml

ContextConfig 解析 web.xml 顺序：

先解析全局的配置 config/web.xml
然后解析 Host 的默认配置 EngineName/HostName/web.xml.default 接着解析应用的 WEB-INF/web.xml
扫描应用 WEB-INF/lib/下的 jar 文件，解析其中的 META-INF/web-fragment.xml 最后合并 xml 封装成 WebXml，并设置 Context

4、Servlet

Servlet 是用 Java 编写的服务器端程序。其主要功能在于交互式地浏览和修改数据，生成动态 Web 内容。

它由 wrapper 封装；生命周期如下：

请求到达 server 端，server 根据 url 映射到相应的 Servlet
判断 Servlet 实例是否存在，不存在则加载和实例化 Servlet 并调用 init 方法
Server 分别创建 Request 和 Response 对象，调用 Servlet 实例的 service 方法(service 方法内部会根据 http 请求方法类型调用相应的 doXXX 方法)
doXXX 方法内为业务逻辑实现，从 Request 对象获取请求参数，处理完毕之后将结果通过 response 对象返回给调用方
当 Server 不再需要 Servlet 时(一般当 Server 关闭时)，Server 调用 Servlet 的 destroy() 方法。

请求处理过程：

根据 server.xml 配置的指定的 connector 以及端口监听 http、或者 ajp 请求
请求到来时建立连接,解析请求参数,创建 Request 和 Response 对象,调用顶层容器 pipeline 的 invoke 方法
容器之间层层调用,最终调用业务 servlet 的 service 方法
Connector 将 response 流中的数据写到 socket 中

Pipeline 与 Valve ：

Pipeline 可以理解为现实中的管道,Valve 为管道中的阀门,Request 和 Response 对象在管道中经过各个阀门的处理和控制。

每个容器的管道中都有一个必不可少的 basic valve,其他的都是可选的,basic valve 在管道中最后调用,同时负责调用子容器的第一个 valve。
各层容器对应的 basic valve 分别是 StandardEngineValve、StandardHostValve、 StandardContextValve、StandardWrapperValve。

5、JSP 引擎

JSP 生命周期：

编译阶段：servlet 容器编译 servlet 源文件,生成 servlet 类
初始化阶段：加载与 JSP 对应的 servlet 类, 创建其实例,并调用它的初始化方法
执行阶段：调用与 JSP 对应的 servlet 实例的服务方法
销毁阶段：调用与 JSP 对应的 servlet 实例的销毁方法,然后销毁 servlet 实例

如图，JSP文件会被解析为 servlet 类。

这是随便拿的一个栗子，将上面的文件打开，可以看到有一部分文件正是将HTML标签写入到页面上。

六、总结

看完了之后是不是感觉 Tomcat 不是那么神奇了？~~甚至感觉自己可以手写一个 Tomcat？~~

对，其实他就是一个服务器软件，我们在浏览器输入一个地址，完了之后能访问到页面，这里面 Tomcat 为我们做了很多工作，比如这个地址：

http://localhost:8080/abcd/index.jsp

模拟一下浏览器访问哈：

首先由 localhost 找到了对应的主机,也就是服务器；
然后由 8080 找到了对应的应用程序，也就是 Tomcat ；
通过abcd可以找到当前 Tomcat 下面部署的项目;
最后那个index.jsp就是资源名称。