13.2.3.Tomcat

13.2.3.Tomcat

Tomcat 是一个开源的 Servlet 容器 和 Web 服务器，它实现了 Java EE 中的两个关键规范：Servlet 和 JSP（JavaServer Pages）。Tomcat 被广泛用于运行 Java Web 应用程序，尤其是基于 Servlet 和 JSP 技术的应用。以下是 Tomcat 服务器的技术体系，包括其架构、核心组件、配置、性能优化、安全性等方面。

13.2.3.1.Tomcat架构

Tomcat 的架构是基于 Java Servlet 和 JavaServer Pages (JSP) 技术规范的，它作为 Web 服务器提供以下功能：

1）TTP 请求/响应处理：Tomcat 能够处理来自浏览器或其他 HTTP 客户端的请求，并根据 Servlet/JSP 的处理逻辑返回响应。

2）Servlet 容器：Tomcat 是一个实现了 Servlet 规范的容器，支持 Java Servlet 的生命周期管理（如加载、初始化、请求处理、销毁）。

3）JSP 容器：Tomcat 也是一个支持 JSP 技术的容器，能够编译和执行 JSP 文件，生成 Servlet 类来处理动态内容。

13.2.3.2.Tomcat 核心组件

Tomcat 的技术体系由几个核心组件组成，每个组件负责不同的功能：

1）Connector (连接器)

连接器负责监听客户端的请求并将其传递给相应的组件处理。Tomcat 提供了不同类型的连接器，主要包括：

HTTP Connector：默认的 HTTP 连接器，负责处理 HTTP 请求。

AJP Connector：使用 Apache JServ Protocol (AJP) 协议来进行高效的请求转发，常用于 Apache HTTP Server 和 Tomcat 集成。

HTTPS Connector：支持 SSL 加密协议的连接器，处理安全的 HTTPS 请求。

连接器的配置主要在 server.xml 文件中进行，配置内容包括端口、协议、最大线程数、超时设置等。

2）Engine (引擎)

引擎是 Tomcat 处理请求的核心组件之一，负责接收来自连接器的请求并根据请求的内容将其传递给合适的容器处理。每个 Engine 元素可以包含多个 Host 元素，通常每个 Host 表示一个虚拟主机。

Engine 元素位于 server.xml 配置文件中，Engine 中包含了多个 Host（虚拟主机）。

3）Host (虚拟主机)

Host 组件负责为不同的虚拟主机提供服务，通常每个虚拟主机对应一个域名。Tomcat 可以运行多个虚拟主机，每个虚拟主机可以有独立的 web 应用。

每个 Host 元素可以包含多个 Context，每个 Context 对应一个 Web 应用。

4）Context (上下文)

Context 是 Tomcat 中最小的 Web 应用部署单元，表示一个 Web 应用程序。每个 Web 应用都有一个唯一的 Context，并且每个 Context 都有自己独立的文件系统结构。

Context 元素定义了 Web 应用的根路径、文档根目录以及会话管理等。

在 server.xml 配置文件中可以定义多个 Context 元素来部署不同的 Web 应用。

5）Wrapper (包装器)

Wrapper 是 Tomcat 用于管理 Servlet 的组件，负责加载、初始化和处理 Servlet 请求。它负责将请求传递给相应的 Servlet 进行处理。

每个 Wrapper 元素对应一个 Servlet，通常与一个 Servlet 映射路径相关联。

6）Lifecycle (生命周期管理)

Tomcat 使用生命周期管理来管理 Web 应用、Servlet、JSP 等组件的生命周期。生命周期管理的关键步骤包括：

a.初始化：在容器启动时加载 Servlet 类并创建实例。

b.请求处理：接收并处理客户端请求。

c.销毁：当容器关闭时销毁 Servlet 或其他组件。

13.2.3.3.Tomcat 配置

Tomcat 的配置文件主要包括：

1）server.xml

server.xml 是 Tomcat 的主配置文件，包含了关于连接器、引擎、虚拟主机、Web 应用等的配置。常见的配置项有：

<Server>：Tomcat 的根配置元素，包含了整个服务器的配置信息。

<Service>：定义一个服务，例如一个 HTTP 服务或 AJP 服务。

<Connector>：定义连接器，设置监听端口、协议等。

<Engine>：定义引擎，管理请求的处理和虚拟主机。

<Host>：配置虚拟主机。

<Context>：定义 Web 应用的上下文。

2）web.xml

web.xml 是 Web 应用的部署描述符文件，定义了应用的 Servlet、JSP、过滤器等元素。关键配置包括：

Servlet 配置：定义每个 Servlet 的名称、类以及 URL 映射。

过滤器配置：定义过滤器的名称、类以及 URL 映射。

监听器配置：配置应用的监听器，处理应用生命周期中的特定事件。

Session 配置：定义会话管理策略。

3）context.xml

context.xml 是 Web 应用级别的配置文件，定义了该应用的特定配置，例如数据源、JNDI 配置、会话管理等。通常该文件位于 Web 应用的 META-INF 目录下。

4）tomcat-users.xml

用于配置 Tomcat 的用户、角色和权限，主要用于安全和访问控制。它定义了哪些用户可以访问 Tomcat 的管理界面、管理员等。

13.2.3.4 Tomcat 性能优化

Tomcat 性能优化包括了多个方面，主要有：

1）连接器配置

线程池配置：调整连接器的线程池配置，增加并发处理能力，减少阻塞。

|----------------------------------------------------------------------------------------------------------------|
| <Connector port="8080" protocol="HTTP/1.1" connectionTimeout="20000" redirectPort="8443" maxThreads="200" /> |

keepAlive 设置：合理设置连接保持时间，减少 TCP 握手的开销。

|------------------------------------------|
| <Connector keepAliveTimeout="15000" /> |

2）M 参数优化

堆内存配置：通过 JAVA_OPTS 或 CATALINA_OPTS 调整 JVM 的堆内存大小。

|--------------------------------------------|
| export CATALINA_OPTS="-Xms1024m -Xmx2048m" |

垃圾回收优化：选择合适的垃圾回收策略，例如 G1 垃圾回收器。

|-------------------------------------|
| export CATALINA_OPTS="-XX:+UseG1GC" |

3）压缩与缓存

启用 GZIP 压缩 和 缓存，减小传输数据量，提升响应速度。

|------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------|
| <Connector connectionTimeout="20000" redirectPort="8443" compression="on" compressableMimeType="text/html,text/xml,text/plain,application/json" /> |

4）异步处理

使用 异步 Servlet 和 JSP，提高吞吐量，避免线程阻塞。

|----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------|
| @WebServlet(asyncSupported = true) public class AsyncServlet extends HttpServlet { protected void doGet(HttpServletRequest req, HttpServletResponse resp) throws ServletException, IOException { AsyncContext asyncContext = req.startAsync(); asyncContext.start(() -> { // 异步处理任务 }); } } |

13.2.3.5.Tomcat 安全性

Tomcat 服务器的安全性是非常重要的，以下是常见的安全配置：

1）用户认证与授权

使用 Tomcat 管理界面的安全认证，通过配置 tomcat-users.xml 文件设置管理员和用户的角色。

2）防止目录遍历

配置 web.xml，禁止浏览 Web 应用目录。

|----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------|
| <security-constraint> <web-resource-collection> <url-pattern>/</url-pattern> </web-resource-collection> <auth-constraint> <role-name>admin</role-name> </auth-constraint> </security-constraint> |

3）SSL 配置

使用 HTTPS 协议加密传输数据，防止敏感信息泄露。

|-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------|
| <Connector port="8443" protocol="HTTP/1.1" SSLEnabled="true" maxThreads="150" scheme="https" secure="true" clientAuth="false" sslProtocol="TLS"/> |

4）安全头部设置

配置 HTTP 安全头，防止 XSS、CSRF 攻击等。

|----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------|
| <filter> <filter-name>SecurityHeadersFilter</filter-name> <filter-class>org.apache.catalina.filters.SecurityHeadersFilter</filter-class> </filter> |

13.2.3.6.Tomcat 集群与高可用

为了提高 Tomcat 服务器的可靠性和可扩展性，通常会设置 Tomcat 集群，包括 负载均衡和会话复制：

1）负载均衡：通过 AJP 协议 或 HTTP 负载均衡，分发请求到多个 Tomcat 实例。

2）会话复制：Tomcat 集群中的所有节点共享会话状态，避免单点故障。