Tomcat 是什么？有什么功能和作用？为什么启动 Spring 或 Spring Boot 项目需要 Tomcat？

本文的内容是博主学习并记录关于 Tomcat 的基本知识，介绍了 Tomcat 为什么是一个 Web 应用服务器，为什么是 Servlet 容器，同时总结了 Tomcat 的一些功能原理，并详细介绍了 Tomcat 在 Spring 和SpringBoot 项目中的使用原理。本文不涉及安装和使用说明。

文章目录

- [一、Tomcat 是什么，有什么功能和作用？](#一、Tomcat 是什么，有什么功能和作用？)
- - [1、 Servlet 容器是什么？](#1、 Servlet 容器是什么？)
  - [2、Tomcat 如何作为 Servlet 容器？](#2、Tomcat 如何作为 Servlet 容器？)
  - [3、Servlet 容器与 Web 服务器的关系](#3、Servlet 容器与 Web 服务器的关系)
  - [4、为什么说 Tomcat 属于 Servlet 容器？](#4、为什么说 Tomcat 属于 Servlet 容器？)
  - [5、Tomcat 主要功能和特点](#5、Tomcat 主要功能和特点)
- [二、为什么启动 Spring 或 Spring Boot 项目需要 Tomcat？](#二、为什么启动 Spring 或 Spring Boot 项目需要 Tomcat？)
- - [1、在 Spring 项目中使用 Tomcat 的原因](#1、在 Spring 项目中使用 Tomcat 的原因)
  - [2、在 Spring Boot 项目中使用 Tomcat 的原因](#2、在 Spring Boot 项目中使用 Tomcat 的原因)
  - [3、Tomcat 在Spring 或 Spring Boot 项目的作用](#3、Tomcat 在Spring 或 Spring Boot 项目的作用)
  - [4、Tomcat 在项目中扮演的角色](#4、Tomcat 在项目中扮演的角色)
  - [5、Tomcat 的启动过程](#5、Tomcat 的启动过程)
- [三、SpringBoot 发现并解析 Servlet](#三、SpringBoot 发现并解析 Servlet)
- - [1、Servlet 3.0 规范的支持](#1、Servlet 3.0 规范的支持)
  - [2. Spring Boot 的自动配置机制](#2. Spring Boot 的自动配置机制)
  - [3、Spring Boot 的 SPI 机制](#3、Spring Boot 的 SPI 机制)

一、Tomcat 是什么，有什么功能和作用？

Tomcat 是 Apache 软件基金会（Apache Software Foundation）的 Jakarta 项目中的一个核心项目，是一个开源的、轻量级的 Web 应用服务器，属于 Servlet 容器，用于运行 Java Web 应用程序。
它实现了 Java Servlet、JavaServer Pages（JSP）、WebSocket 等 Java EE（现在称为 Jakarta EE）规范。将编写好的 Java Web 应用部署到其中，并通过 HTTP 协议对外提供服务，即主要用于运行 Java 编写的 Web 应用程序。

上面两段话中提到了 Tomcat 是一个 Web 应用服务器，属于 Servlet 容器，怎么理解这句话？或者说："为什么 Servlet 容器是 Tomcat 的核心功能之一"。

由上图可以看出 Tomcat 具有 HTTP 服务器的能力处理 HTTP 请求，也具有 Servlet 容器的能力，管理 Servlet 的生命周期等。接下来我们详细介绍 Tomcat 如何具有并使用上述功能。

1、 Servlet 容器是什么？

要了解 Servlet 容器就要先了解什么是 Servlet 。Servlet 是用 Java 编写的服务器端程序，用于处理客户端（通常是浏览器）的 HTTP 请求并生成动态内容。是 Java EE 规范的一部分，定义了服务器端程序的标准接口，如 javax.servlet.Servlet 。Spring MVC 中的 DispatcherServlet 就是一个典型的 Servlet，负责处理所有进入 Spring 应用的请求。

而容器是用来存放物品，Servlet 容器就可以理解成存放 Servlet，那么在实际环境中就可以理解成是一个运行环境，负责管理 Servlet 的生命周期、处理 HTTP 请求并将请求传递给相应的 Servlet 。

Servlet 容器的主要职责包括：

加载和初始化 Servlet ：在应用启动时加载 Servlet 类并调用其 init() 方法。
处理请求：将 HTTP 请求封装成 HttpServletRequest 对象，并调用 Servlet 的 service() 方法处理请求。
销毁 Servlet：在应用关闭时调用 Servlet 的 destroy() 方法释放资源。
管理线程：为每个请求分配线程，确保 Servlet 能够并发处理多个请求。
提供其他服务：如会话管理、安全性、JSP 支持等。

2、Tomcat 如何作为 Servlet 容器？

Tomcat 实现了 Java Servlet 规范（如 Servlet API），因此可以说它是一个标准的 Servlet 容器，所以它就具备了 Servlet 容器的功能，具有了运行 Servlet 的运行环境。因此，当你在 Tomcat 中部署一个 Java Web 应用（通常是 WAR 文件）时，Tomcat 会做到以下步骤：

解析应用的 web.xml 文件（或注解，现在的项目都是使用注解方式），找到所有注册的 Servlet。
加载这些 Servlet 类并初始化它们。
监听 HTTP 请求，并将请求分发给对应的 Servlet 处理。
将 Servlet 生成的响应返回给客户端。

上面说关于找到应用的所有注册的 Servlet ，在现阶段的 Spring Boot 项目中已经不使用 web.xml 文件和注解的方式，而是使用自动装配的方式，文章后面会详细介绍。

3、Servlet 容器与 Web 服务器的关系

Web 服务器如 Apache HTTP Server 和 Nginx，主要负责处理静态内容（如 HTML、CSS、图片）和简单的 HTTP 请求。
Servlet 容器则专注于运行动态的 Java Web 应用程序（如 Servlet、JSP）。

Tomcat 既可以独立运行，直接处理 HTTP 请求并运行动态内容。也可以与其他 Web 服务器（如 Apache HTTP Server）配合使用，由 Web 服务器处理静态内容，动态请求则转发给 Tomcat 处理。所以说Tomcat 既是 Web 服务器，也是 Servlet 容器。

4、为什么说 Tomcat 属于 Servlet 容器？

Tomcat 的核心功能是运行和管理 Servlet，因此它首先是一个 Servlet 容器。虽然它也具备 Web 服务器的功能（如处理 HTTP 请求），但这些功能是为了支持 Servlet 的运行而存在的。换句话说，Tomcat 的主要目的是为 Java Web 应用提供一个符合 Servlet 规范的运行环境。

我们可以做下面一个假设：将 Servlet 容器比作一个餐厅厨房：

Servlet 是厨师，负责烹饪（处理请求）。
Servlet 容器是厨房，负责管理厨师（加载、初始化、销毁），并提供工具和食材（请求对象、响应对象）。
Web 服务器是餐厅前台，负责接待客人（接收 HTTP 请求）并将订单（请求）传递给厨房。
Tomcat 既是前台又是厨房，既能接待客人，也能烹饪菜品。

Tomcat 属于 Servlet 容器 意味着 Tomcat 的核心功能是运行和管理 Servlet，为 Java Web 应用提供符合 Servlet 规范的运行环境。它负责加载 Servlet、处理 HTTP 请求、管理 Servlet 生命周期，并生成动态内容返回给客户端。虽然 Tomcat 也具备 Web 服务器的功能，但这些功能是为了支持 Servlet 的运行而存在的。

5、Tomcat 主要功能和特点

由 " Tomcat 属于 Servlet 容器 " 这个话题基本就能了解到 Tomcat 的核心功能就是一个开源的、轻量级的 Web 应用服务器，属于 Servlet 容器，用于运行 Java Web 应用程序。

主要功能：

Servlet 容器：Tomcat 的主要功能是作为 Servlet 容器，负责管理 Servlet 的生命周期（初始化、请求处理、销毁）。它处理 HTTP 请求并将其传递给相应的 Servlet 进行处理。
JSP 支持：Tomcat 支持 JSP，允许开发者在 HTML 中嵌入 Java 代码，动态生成网页内容。
HTTP 服务器：Tomcat 也是一个轻量级的 HTTP 服务器，能够直接处理 HTTP 请求并返回响应。

主要特点：

轻量级和高性能：Tomcat 是一个轻量级的 Web 应用服务器，具有较高的性能和较低的资源消耗。
灵活的配置：通过配置文件（如 server.xml），可以灵活地设置 Tomcat 的各种参数，包括连接器、线程池、虚拟主机等。
安全性：Tomcat 提供了多种安全机制，如用户角色管理、访问控制等。
可扩展性：支持集群部署，能够通过多台服务器实现负载均衡和高可用性。

二、为什么启动 Spring 或 Spring Boot 项目需要 Tomcat？

1、在 Spring 项目中使用 Tomcat 的原因

在 Spring 项目（非 Spring Boot 项目）中，Tomcat 是一个常用的部署环境。因为 Spring 本身主要是一个轻量级的 Java 应用开发框架，侧重于业务逻辑层的开发，如依赖注入（DI）、面向切面编程（AOP）等。它并不直接包含一个完整的 Web 服务器来处理 HTTP 请求。

当开发一个基于 Spring 的 Web 应用时，需要一个 Web 服务器来接收客户端的 HTTP 请求，并将请求转发给 Spring 应用进行处理。Tomcat 作为一个成熟的 Servlet 容器，能够很好地承担这个角色。它可以解析 HTTP 请求，找到对应的 Servlet 或 Spring MVC 控制器来处理请求，并将处理结果返回给客户端。

例如，一个基于 Spring MVC（Spring 的 Web 模块）的应用，通过配置 Tomcat 来运行，当用户在浏览器中输入一个 URL 时，Tomcat 会接收到这个请求，然后根据配置将请求映射到相应的 Spring MVC 控制器方法上，控制器方法处理业务逻辑并返回数据，最后由 Tomcat 将数据渲染成合适的格式（如 HTML）返回给用户。

2、在 Spring Boot 项目中使用 Tomcat 的原因

Spring Boot 是为了简化 Spring 应用的初始搭建以及开发过程而创建的。Spring Boot 默认会内嵌一个 Tomcat 服务器，这使得我们可以快速地构建和运行一个独立的 Web 应用，无需手动安装和配置外部的 Tomcat 服务器。当我们使用IDEA等软件启动项目时，此时内嵌的 Tomcat 会随之启动并运行应用。

另外，Spring Boot 也支持替换内嵌的 Tomcat 为其他的 Servlet 容器（如 Jetty），或者将 Spring Boot 应用打包成 WAR 文件后部署到外部的 Tomcat 服务器上。

3、Tomcat 在Spring 或 Spring Boot 项目的作用

Spring 和 Spring Boot 项目通常构建为 Web 应用，需要运行在支持 Servlet 规范的容器中。Tomcat 作为 Servlet 容器，能够提供运行环境。

Servlet 规范支持：Spring MVC 基于 Servlet API，Tomcat 实现了 Servlet 规范，能够运行 Spring 应用。
嵌入式服务器：Spring Boot 默认内置 Tomcat 作为嵌入式服务器，无需单独安装 Tomcat，简化了部署流程。
具有 Web 服务器功能：Tomcat 处理 HTTP 请求，并将请求转发给 Spring 应用。
具有 Servlet 容器功能：Tomcat 管理 Servlet 的生命周期，Spring MVC 的 DispatcherServlet 由 Tomcat 管理。
可以作为部署平台提供环境：Spring 项目通常打包为 WAR 文件，部署到 Tomcat 上运行。
嵌入式服务器：Spring Boot 内置 Tomcat，开发者无需单独安装，简化了部署流程。

4、Tomcat 在项目中扮演的角色

omcat 在 Spring 和 Spring Boot 项目中都扮演着至关重要的角色，是运行 Java Web 应用的重要基础设施。

HTTP 请求处理者：Tomcat 监听指定的端口（默认是 8080），接收客户端发送的 HTTP 请求，对请求进行解析，提取请求的相关信息（如请求方法、URL、参数等）。
Servlet 容器：负责加载和管理 Web 应用中的 Servlet 组件。当接收到请求时，根据请求的 URL 等信息找到对应的 Servlet 实例，并调用其 service() 方法（或根据请求方法调用 doGet()、doPost() 等具体方法）来处理请求。
JSP 引擎：对于包含 JSP 页面的 Web 应用，Tomcat 会将 JSP 页面编译成 Servlet 类，然后按照处理 Servlet 的方式来处理 JSP 页面的请求，动态生成 HTML 内容返回给客户端。
资源管理：管理 Web 应用的静态资源（如 HTML、CSS、JavaScript 文件等），当客户端请求这些静态资源时，Tomcat 直接从文件系统中读取并返回给客户端。

5、Tomcat 的启动过程

当启动 Spring Boot 应用时，Spring Boot 会自动创建并启动一个嵌入式 Tomcat 实例。

加载配置：Spring Boot 从 application.properties 或 application.yml 中加载配置。
创建 Spring 上下文：初始化 Spring 应用上下文，注册相关的 Bean。
创建 Tomcat 实例：通过 TomcatServletWebServerFactory 创建并配置 Tomcat 实例。
启动 Tomcat：启动 Tomcat，监听指定端口，等待 HTTP 请求。

Tomcat 的目录结构

bin：存放可执行文件，如 startup.sh 和 shutdown.sh。
conf：存放配置文件，如 server.xml 和 web.xml。
lib：存放 Tomcat 运行所需的 JAR 包。
logs：存放运行日志文件。
webapps：默认的 Web 应用部署目录。
work：存放 Web 应用编译后的临时文件。

Tomcat 是一个轻量级、高性能的 Java Web 应用服务器，支持 Servlet 和 JSP 规范。在 Spring 或 Spring Boot 项目中，Tomcat 作为嵌入式 Servlet 容器，提供了运行时环境和 HTTP 请求处理能力。Spring Boot 的内置 Tomcat 使得项目部署更加便捷，同时保持了高度的灵活性。

三、SpringBoot 发现并解析 Servlet

在 Spring Boot 项目中，虽然没有传统的 web.xml 文件，也没有显式使用注解（如 @WebServlet），但 Spring Boot 仍然能够发现并解析 Servlet。这主要依赖于 Spring Boot 的自动配置机制和 Servlet 3.0 规范的支持。

1、Servlet 3.0 规范的支持

Servlet 3.0 引入了无 web.xml 配置的机制，允许通过编程方式注册 Servlet、Filter 和 Listener。
Servlet 3.0 提供了 ServletContainerInitializer 接口，允许在 Servlet 容器启动时动态注册 Servlet。
Spring 提供了 WebApplicationInitializer 接口，我们可以通过实现该接口以编程方式注册 Servlet。
Spring 实现了 SpringServletContainerInitializer 类，该类会在容器启动时被调用，进而加载所有实现了 WebApplicationInitializer 接口的类。
例如，Spring Boot 的 DispatcherServlet 就是通过这种方式注册的。
Spring Boot 的自动配置机制会检测并加载这些实现类，完成 Servlet 的注册。

2. Spring Boot 的自动配置机制

Spring Boot 默认会自动配置 DispatcherServlet，并将其映射到根路径 (/)。这是通过 DispatcherServletAutoConfiguration 类实现的，该类会根据条件自动创建并注册 DispatcherServlet。
Spring Boot 默认使用嵌入式 Tomcat 作为 Servlet 容器。在启动时，Spring Boot 会通过 ServletWebServerFactory 创建并配置嵌入式 Servlet 容器，同时注册所有必要的 Servlet。
如果需要自定义 Servlet，Spring Boot 提供了 ServletRegistrationBean，可以通过编程方式将 Servlet 注册到容器中。

java 复制代码

@Bean
public ServletRegistrationBean<MyServlet> myServlet() {
   return new ServletRegistrationBean<>(new MyServlet(), "/myServlet/*");
}

这种方式无需 web.xml 或注解，完全通过代码配置。

3、Spring Boot 的 SPI 机制

Spring Boot 利用 Java 的 SPI（Service Provider Interface）机制，在启动时自动加载和初始化相关组件。

META-INF/spring.factories 文件
- Spring Boot 通过 spring.factories 文件加载自动配置类。
- 例如，DispatcherServletAutoConfiguration 就是通过该文件被加载的。
@EnableAutoConfiguration 注解
- Spring Boot 的启动类通常带有 @SpringBootApplication 注解，该注解包含了 @EnableAutoConfiguration。
- @EnableAutoConfiguration 会触发 Spring Boot 的自动配置逻辑，包括 Servlet 的注册。

由以上总结可得出 Spring Boot 通过以下方式实现 Servlet 的发现和解析。

Servlet 3.0 规范：利用 ServletContainerInitializer 和 WebApplicationInitializer 动态注册 Servlet。
自动配置：通过 DispatcherServletAutoConfiguration 和 ServletWebServerFactory 自动配置 Servlet 容器和 DispatcherServlet。
编程式注册：通过 ServletRegistrationBean 等类以编程方式注册自定义 Servlet。
SPI 机制：通过 spring.factories 和 @EnableAutoConfiguration 加载自动配置类。

这些机制共同作用，使得 Spring Boot 能够在没有 web.xml 和注解的情况下，仍然能够发现并解析 Servlet。