1. 架构与组件

Tomcat 的核心组件包括：

1. Catalina（Servlet 容器）：

   • Catalina 是 Tomcat 的核心 Servlet 容器，负责加载和运行 Servlet、管理其生命周期。
   • 它实现了 Java Servlet 和 JavaServer Pages（JSP）的规范。

2. Coyote（HTTP 连接器）：

   • 负责与客户端建立 HTTP 或 HTTPS 协议的连接，并将请求转发给 Catalina。
   • Coyote 是一个基于非阻塞 IO（NIO）的高性能网络引擎，支持 BIO、NIO 和 APR 三种模式。

3. Jasper（JSP 引擎）：

   • 负责将 JSP 文件编译为 Java Servlet 类并交由 Catalina 运行。
   • Jasper 会监控 JSP 文件的变更，并在必要时重新编译。

4. Connector（连接器）：

   • 用于监听客户端请求，将 HTTP 请求解析为 Java 对象，并交由容器处理。
   • 支持多种协议（HTTP/1.1、AJP 等）。

5. Lifecycle 管理：

   • Tomcat 的组件实现了统一的 Lifecycle 接口，便于管理组件的启动、停止等生命周期事件。

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2. 启动与运行流程

Tomcat 的启动和运行包括以下步骤：

1. 初始化：

   • 启动 Bootstrap 类，加载 Tomcat 的主配置文件 server.xml。
   • 创建和配置 Server、Service、Connector、Engine 等核心组件。

2. 绑定端口：

   • 连接器（Connector）启动后，会绑定到指定端口（如 8080），并准备接收请求。

3. 部署应用：

   • 自动扫描 webapps 目录，加载 WAR 文件或解压后的 Web 应用目录。
   • 每个 Web 应用都会映射到一个 Context，Catalina 创建独立的 ServletContext。

4. 请求处理：

   • 接收客户端请求，将其封装为 HttpServletRequest 和 HttpServletResponse 对象。
   • 按照配置的 URL 映射，将请求分发到对应的 Servlet。

5. 资源管理：

   • Tomcat 管理线程池，用于处理并发请求。
   • 提供内置的静态资源处理器，支持直接返回图片、CSS、JavaScript 等静态资源。

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3. 请求处理流程

Tomcat 的请求处理流程分为以下步骤：

1. 接收请求：

   • 客户端发送 HTTP 请求，Coyote 组件监听到请求后，将其封装为 Request 对象。

2. 解析请求：

   • Coyote 解析请求头和请求体，将其转换为 Java 对象。
   • 通过 Pipeline 和 Valve 机制对请求进行过滤和预处理。

3. 分发请求：

   • 根据请求的 URL 和 Context 路径，找到对应的 Web 应用。
   • 按照映射关系找到具体的 Servlet。

4. 执行 Servlet：

   • 加载并初始化 Servlet 对象。
   • 调用 service() 方法，根据请求类型（GET、POST 等）执行对应的逻辑。

5. 返回响应：

   • Servlet 将响应内容写入 HttpServletResponse 对象。
   • Coyote 负责将响应转换为 HTTP 协议格式并返回给客户端。

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4. 核心技术

1. 多线程模型：

   • 使用线程池管理并发请求，每个请求分配一个线程。
   • 减少线程创建和销毁的开销，提升性能。

2. 类加载机制：

   • 每个 Web 应用拥有独立的类加载器，保证不同应用间的隔离。
   • 避免类库冲突，同时支持动态加载。

3. Session 管理：

   • Tomcat 提供会话管理机制，通过 Cookie 或 URL 重写实现客户端会话跟踪。
   • 支持分布式环境下的 Session 复制和持久化。

4. 热部署：

   • 支持在运行时添加、更新或删除 Web 应用，而无需重启服务器。

5. 安全机制：

   • 支持 HTTPS 协议，结合 SSL/TLS 提供加密通信。
   • 提供基于角色的访问控制（Role-Based Access Control）。

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5. 性能优化机制

1. 非阻塞 IO（NIO）：

   • 使用 NIO 技术处理高并发请求，避免线程阻塞。
   • 减少对操作系统资源的依赖。

2. 线程池优化：

   • 动态调整线程池的大小，保证高效利用资源。

3. 静态资源缓存：

   • 对常用的静态资源进行缓存，减少磁盘 IO。

4. 连接复用：

   • 支持 HTTP/1.1 的 Keep-Alive 机制，复用连接以减少握手开销。

5. 压缩传输：

   • 支持 Gzip 压缩，减少传输的数据量。

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6. 配置文件

Tomcat 的核心配置文件包括：

1. server.xml：

   • 配置 Server、Service、Engine、Connector 等核心组件。

2. web.xml：

   • 定义全局的 Servlet、过滤器和监听器。

3. 应用的 web.xml：

   • 配置具体 Web 应用的 URL 映射、初始化参数等。

4. context.xml：

   • 用于配置单个 Web 应用的上下文。