Tomcat 详细介绍

一、简介

Tomcat 是由 Apache 软件基金会（Apache Software Foundation）开发和维护的一个开源 Java Web 应用服务器，Tomcat 作为 Jakarta 项目的核心项目之一，由 Apache、Sun Microsystems 及其他一些公司和个人共同开发，它实现了多个关键的 Java EE 规范，包括 Servlet、JSP、JavaWebSocket 和 JavaServerPages API，Tomcat 因其技术先进、性能稳定且免费，成为了许多企业和开发者的首选 Web 应用服务器。

二、历史背景

1、起源：Tomcat 最初由 Sun Microsystems 的软件架构师 James Duncan Davidson 开发，后来在 1999 年将该项目贡献给了 ASF，并与其他项目合并，发布了初始版本的 Tomcat 3.0。

2、发展：随着时间的推移，Tomcat 不断更新和发展，增加了对新规范的支持，如 Servlet 2.4 和 JSP 2.0，最新版本为 Tomcat 11.0.0。

三、核心组件

Tomcat 由多个核心组件构成，每个组件都在其架构中扮演着重要角色。

Server

功能：Server 组件是整个 Tomcat 实例的顶级容器，负责管理和协调所有 Service 组件，它提供了服务器级别的配置，包括定义全局服务器配置和管理服务生命周期。

监听关闭命令：Server 组件会监听某个特定端口（默认8005），以接收 SHUTDOWN 命令来关闭 Tomcat 服务器。

提供监听器机制：Server 组件提供了监听器机制，用于在 Tomcat 整个生命周期中对不同事件进行处理，这些监听器可以执行诸如初始化 APR 库、初始化 Jasper 组件、防止 JRE 内存泄露等任务。

Service

功能：Service 组件在 Tomcat 中的主要作用是管理一组关联的 Connector 和 Engine 组件，它负责接收和处理客户端请求，并将这些请求传递给 Engine 组件进行进一步的处理，Service 组件是 Tomcat 中对外提供服务的核心组件。

工作流程：

接收请求：当客户端向 Tomcat 服务器发送请求时，这些请求首先会被 Connector 组件接收。

封装请求：Connector 组件将接收到的请求封装成 Request 和 Response 对象。

传递请求：封装好的 Request 对象会被传递给 Engine 组件进行处理。

处理请求：Engine 组件根据请求的 Host 和 Context 查找对应的 Web 应用，并调用相应的 Servlet 来处理请求。

生成响应：处理完请求后，Engine 组件会生成相应的 Response 对象，并将其返回给 Connector 组件。

发送响应：Connector 组件将 Response 对象发送给客户端，完成整个请求处理流程。

Engine

功能：Engine 组件是 Tomcat 中的引擎容器，负责处理来自客户端的请求，并将这些请求分发到对应的虚拟主机（Host）或 Web 应用程序（Context）进行处理，它扮演了全局引擎的角色，管理和协调其下的 Host 组件。

请求分发：Engine 根据请求的 URL 和虚拟主机名称等信息，将请求分发到对应的 Host 组件进行处理。

Host

功能：Host 组件代表一个虚拟主机，负责运行多个 Web 应用程序（Context），它可以配置独立的域名、应用程序目录和相关的设置。

多站点支持：通过配置多个 Host，Tomcat 可以实现多站点支持，每个站点可以有自己独立的域名和 Web 应用程序。

隔离性：不同的 Host 之间相互独立，互不干扰，确保应用程序之间的隔离性。

Context

功能：Context 组件代表一个 Web 应用程序，负责管理单个 Web 应用程序的生命周期，它包含了 Web 应用程序的所有资源，如 Servlet、JSP、静态文件等。

部署和管理：Context 负责部署和管理 Web 应用程序，包括加载配置文件、初始化参数、启动和停止应用程序等。

独立性：每个 Context 都是独立的，可以单独部署、卸载和重启，不影响其他应用程序。

Wrapper

功能：Wrapper 组件是最小的容器单位，通常用于包装单个 Servlet，它负责管理单个 Servlet 的生命周期，包括加载、实例化、初始化、执行和销毁。

详细管理：Wrapper 提供了对单个 Servlet 的详细管理，可以配置特定的初始化参数、安全约束和其他属性。

模块化：通过使用 Wrapper，可以将不同的 Servlet 组织在一起，形成模块化的结构，便于管理和扩展。

Connector

功能：Connector 组件负责处理网络连接，接收来自客户端的请求并将请求传递给 Engine 进行处理，它是 Tomcat 与外部世界的接口，支持多种协议，如 HTTP、HTTPS、AJP 等。

协议支持：不同的 Connector 可以实现不同的协议，Coyote HTTP/1.1 Connector、Http11NioProtocol Connector、AJP Protocol Connector 等。

配置灵活性：Connector 可以通过配置文件（如 server.xml）进行灵活配置，包括端口号、最大连接数、超时时间等参数。

性能优化：选择合适的 Connector 并进行适当的配置可以显著提升 Tomcat 的性能和稳定性。

Cluster

功能：Cluster 组件用于实现 Tomcat 的集群功能，支持多台 Tomcat 服务器之间的负载均衡和高可用性，通过集群，可以提高系统的可扩展性和可靠性。

负载均衡：集群可以将请求分发到不同的 Tomcat 实例，从而实现负载均衡，避免单点故障。

高可用性：如果某个节点出现故障，集群可以自动将请求转移到其他健康的节点，确保系统的高可用性。

会话复制：集群还可以实现会话复制，确保用户会话在多个节点之间同步，提高用户体验。

Realm

功能：Realm 组件用于定义用户、角色及其权限，负责用户的认证和授权，它提供了多种认证方式，如基于数据库、LDAP、JAAS（Java Authentication and Authorization Service）等。

多种认证方式：Tomcat 支持多种认证方式，包括 BASIC、DIGEST、FORM、CLIENTCERT 等，满足不同的安全需求。

安全性：通过配置 Realm，可以确保只有经过认证的用户才能访问受保护的资源，增强系统的安全性。

集成性：Realm 可以与其他安全系统集成，如操作系统的用户账户、企业级的身份认证服务等。

四、应用场景

Tomcat 广泛应用于以下场景：

中小型系统：适用于中小企业的 Web 应用服务器，支持轻量级应用。

开发与调试：由于其开源和免费的特性，Tomcat 成为许多开发者的首选用于 JSP 程序的开发和调试。

并发用户较少的场合：适合并发访问用户不多的场合下使用。

五、安装与配置

1. YUM 安装（以 CentOS7 为例）

yum y install tomcat tomcatadminwebapps tomcatwebapps
systemctl start tomcat.service && systemctl enable tomcat.service
ss anlt | grep java

预下载安装包安装

a. 安装 JDK 环境

[root@c71 ~]# systemctl stop firewalld && systemctl disable firewalld
[root@c71 ~]# setenforce 0
[root@c71 ~]# ls
apachetomcat9.0.16.tar.gz jdk8u201linuxx64.rpm
[root@c71 ~]# rpm i jdk8u201linuxx64.rpm

b. 安装 Tomcat

[root@c71 ~]# tar zxvf apachetomcat9.0.16.tar.gz
[root@c71 ~]# mv /usr/local/tomcat /usr/local/tomcat9.0.16/
[root@c71 ~]# vi /etc/profile
#添加如下内容
export TOMCAT_HOME=/usr/local/tomcat9.0.16
export CATALINA_HOME=$TOMCAT_HOME/bin
export CATALINA_OPTS="Xms256m Xmx256m"
export JAVA_HOME=/usr/local/jdk1.8.0_201
export JRE_HOME=$JAVA_HOME/jre
export CLASSPATH=.:$JAVA_HOME/lib/dt.jar:$JAVA_HOME/lib/tools.jar:$JRE_HOME/lib
export PATH=$PATH:$TOMCAT_HOME/bin:$JAVA_HOME/bin:$JRE_HOME/bin
#使配置文件生效
[root@c71 ~]# source /etc/profile

六、Tomcat 虚拟主机配置

Tomcat 支持虚拟主机的配置，可以通过在conf/server.xml 文件中配置多个<Host> 元素来实现，每个<Host> 元素都可以配置独立的域名、应用程序目录和相关的设置。

七、Tomcat 优化

为了提升 Tomcat 的性能和稳定性，可以进行以下优化：

1、调整线程池大小：根据系统的负载情况调整线程池的大小，避免过多的线程导致上下文切换开销增加。

2、优化 JSP 编译：开启development 模式可以提高 JSP 的编译速度，但在生产环境中应关闭此模式以提高性能。

3、启用压缩：通过配置压缩过滤器（如compression）来减少传输的数据量，加快页面加载速度。

4、调整连接器设置：根据实际需求调整连接器的参数，如最大连接数、超时时间等，以提高性能和稳定性。

5、使用异步 DNS：启用异步 DNS 可以加快域名解析速度，提高响应速度。

6、垃圾回收优化：调整 JVM 的垃圾回收参数，如Xms、Xmx、XX:+UseConcMarksweepGC 等，以优化内存管理。

7、监控与调优：定期监控 Tomcat 的性能指标（如 CPU、内存、线程数等），并根据监控结果进行相应的优化调整。

8、数据库连接池优化：配置合适的数据库连接池（如 DBCP、C3P0、BonePoolMaxActive）的最大连接数、最小空闲连接数等参数，以提高数据库访问性能。

9、缓存机制：利用缓存机制（如 Memcached、Redis）来减少数据库的压力，加快数据访问速度。

10、安全加固：加强 Tomcat 的安全设置，如禁用不必要的端​口、限制访问权限、启用 SSL/TLS 加密等，以保障系统的安全性。

11、日志管理：合理配置日志级别和日志滚动策略，避免日志文件过大影响性能，同时保留足够的日志信息以便排查问题。

12、定期更新：及时关注 Tomcat 的安全公告和版本更新，定期升级到最新版本以修复已知漏洞和提升性能。

13、系统资源分配：确保 Tomcat 运行在资源充足的环境中，合理分配 CPU、内存等系统资源，避免资源争抢导致的性能下降。

14、热部署与热加载：启用热部署和热加载功能，可以在不重启服务器的情况下动态加载和更新类文件，提高开发效率，但需要注意可能会带来一定的性能开销。

15、模块化设计：采用模块化设计将不同的功能模块分离开来，便于维护和升级，同时也能提高系统的可扩展性和灵活性。

16、压力测试：定期进行压力测试模拟高并发场景下的表现找出潜在的性能瓶颈并加以优化，使用工具如 JMeter、Apache Benchmark (ab)、Siege 等进行测试。

17、分布式部署：对于大型应用可以考虑采用分布式部署的方式将 Tomcat 部署在多台服务器上通过负载均衡技术分摊压力提高系统的可用性和可扩展性，可以使用硬件负载均衡器（如 F5）或软件负载均衡器（如 Nginx、HAProxy）来实现。

18、数据库优化：除了上述提到的数据库连接池优化外还可以从数据库层面进行优化比如建立索引、优化查询语句、调整数据库缓存大小等以提高数据库的响应速度和吞吐量。

19、前端优化：虽然 Tomcat 主要负责后端处理但前端优化同样重要可以减少服务器端的负担加快页面加载速度，例如使用 CDN（内容分发网络）加速静态资源的传输；合理使用浏览器缓存；减小 CSS、JavaScript 文件的大小等。

20、安全性增强：除了前面提到的安全加固措施外还可以进一步加强安全性例如启用 WAF（Web Application Firewall）防止常见的 Web攻击；定期扫描漏洞并及时修复；限制上传文件的类型和大小以防止恶意文件上传等。

21、自动化运维：通过脚本或自动化工具实现 Tomcat的自动化部署、监控和维护提高效率和准确性减少人为错误的发生，例如使用 Ansible、Puppet、Chef等工具进行自动化运维管理。

22、文档与培训：建立完善的文档体系记录 Tomcat的配置信息、优化策略和常见问题解决方案方便后续维护人员查阅学习，同时定期对运维人员进行培训提高他们的技术水平和应急处理能力确保系统能够稳定运行。