Java-46 深入浅出 Tomcat 核心架构 Catalina 容器全解析 启动流程 线程机制

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内部组件与流程

下面是它的详细解释：

Catalina 容器

Catalina 是 Apache Tomcat 的 Servlet 容器实现，其主要职责包括：

• 解析 HTTP 请求并调用对应的 Servlet
• 管理 Servlet 的生命周期（加载、初始化、销毁）
• 提供标准的 Servlet API 支持
• 支持 Session 管理、Cookie 处理
• 集成 JSP 编译、JNDI 查找、用户认证等容器级功能

Catalina 的架构是典型的 容器嵌套结构，核心接口是 org.apache.catalina.Container：

Engine （顶级容器）
 └── Host （虚拟主机）
      └── Context （Web应用）
           └── Wrapper （单个Servlet）

• Engine：StandardEngine，代表整个 Catalina 引擎，可以配置多个虚拟主机（Host）
• Host，StandardHost：表示一个虚拟主机，对应 server.xml 中的 配置
• Context，StandardContext：表示一个 Web 应用，通常对应一个 WAR 包或一个 webapps 子目录
• Wrapper，StandardWrapper：表示一个 Servlet（如 LoginServlet）

这些容器都是 Container 接口的实现，支持递归嵌套与生命周期管理（start、stop、init）

分层结构

Tomcat 是有一个由一系列配置（conf/server.xml）的组件构成的Web容器，而Catalina是Tomcat的Servlet容器。

从另一个角度来说，Tomcat 本质上就是一款 Servlet 容器，因为 Catalina 才是 Tomcat的核心，其他模块都是为 Catalina 提供支撑的，比如：Coyote 模块提供链接通信，Jasper模块提供JSP引擎，Naming提供JNDI服务，Juli提供日志服务。

容器结构

我们可以认为整个 Tomcat 就是一个 Catalina 实例，Tomcat 启动的时候会初始化这个个例，Catalina 实例通过加载 server.xml 完成其他实例的创建，创建并管理一个 Server，Server创建管理多个服务，每个服务又可以有多个Connector和一个Container。

● 一个 Catalina 实例

● 一个 Server 实例

● 多个 Service 实例

每一个 Service 实例下可以有多个 Connector 和 一个 Container 实例

● Catalina：负责解析Tomcat配置文件（server.xml），以此来创建服务器Server 组件并进行管理

● Server：服务器表示整个Catalina Servlet容器以及其他组件，负责组装并启动Servlet引擎，Tomcat连接器，Server通过实现LifeCycle接口，提供了一种优雅的启动和关闭整个系统的方式

● Service：服务是Server内部的组件，一个Server包含多个Service，它将若干个Connector组件绑定到一个Container

● Container：容器，负责处理用户的Servlet请求，并返回给对象给Web用户的模块

Container 具体结构

Container 组件下有几种具体的组件，分别是 Engine、Host、Context 和 Wrapper。这 4 种组件是父子关系，Tomcat 通过一种分层的架构，使得 Servlet 容器具有很好的灵活性。

● Engine：表示整个Catalina的Servlet引擎，用来管理多个虚拟站点，一个Service最多只能有一个Engine，但是一个引擎可以包含多个Host

● Host：代表一个虚拟主机，或者说一个站点，可以给Tomca配置多个虚拟主机地址，而一个虚拟主机下可能包含多个Context

● Context：表示一个Web应用程序，一个Web应用可以包含多个Wrapper

● Wrapper：表示一个Servlet，Wrapper作为容器中的最低层，不能包含子容器。上述组件的配置其实就是 conf/server.xml 中

启动流程

Catalina 的启动流程可以通过 bin/startup.sh 脚本追溯到底层 Java 类：

startup.sh 脚本调用 catalina.sh

catalina.sh 会执行：java org.apache.catalina.startup.Bootstrap start

Bootstrap 类完成以下几件事：

• 加载 catalina.jar
• 创建并初始化 Catalina 实例
• 调用 catalina.load() 加载 server.xml 配置
• 调用 catalina.start() 启动服务（包含 Connector 和 Container）

核心流程源码位置：

 org.apache.catalina.startup.Bootstrap
 -> Catalina
     -> Digester (解析 server.xml)
     -> Server/Service/Connector/Engine/Host/Context 初始化

Catalina 和其他组件的关系

• Catalina，Servlet 容器核心，处理请求和 Servlet 生命周期
• Coyote，抽象出连接器（Connector），负责接收底层 Socket 请求，并将其转交 Catalina
• Jasper，JSP 编译器，把 JSP 转成 Servlet
• Cluster，会话复制、集群管理模块
• Realm，用户认证与权限模块
• Naming，JNDI 实现，支持资源查找

关系图：

浏览器请求
   ↓
[Coyote - Connector]  ←------监听端口（如 8080）
   ↓
[Catalina - Engine] ←------实际执行 Servlet 调用逻辑
   ↓
Servlet 执行并返回结果

server.xml

<Server port="8005" shutdown="SHUTDOWN">
  <Service name="Catalina">
    <Connector port="8080" protocol="HTTP/1.1" />
    <Engine name="Catalina" defaultHost="localhost">
      <Host name="localhost" appBase="webapps">
        <Context path="/myapp" docBase="myapp" />
      </Host>
    </Engine>
  </Service>
</Server>

说明：

• Server 是最顶级的容器，代表整个 Tomcat 实例
• Service 是逻辑上的服务单元，里面组合了 Connector（通信）与 Engine（业务处理）
• Engine 是 Catalina 的核心执行体
• Host 可以有多个，支持虚拟主机
• Context 对应具体 web 项目

线程处理机制

Catalina 是基于线程池来处理请求的：

• 每个 Connector 内部使用线程池（如 org.apache.tomcat.util.threads.ThreadPoolExecutor）
• 请求进入后会转化为 HttpServletRequest/Response，交由对应的 Wrapper 执行 Servlet

这种机制既能高并发处理请求，也可通过配置限制最大线程数量（防止 OOM）。