Tomcat架构分析及性能调优

一.Tomcat容器层级结构
分为四个等级，由四个子容器组成，Container容器：Engine->Host->Servlet容器->多个Context->多个Wrapper。真正管理Servlet的容器是Context容器，一个Context对应一个Web工程，Context直接管理Servlet在容器中的包装类Wrapper。

二.Servlet容器的启动过程
添加一个Web应用时将会创建一个StandardContext容器，并且给这个Context容器设置必要的参数，如url和path，最后将这个Context容器加到父容器Host中。接下来将会调用Tomcat的start方法启动Tomcat，它的启动逻辑是基于观察者模式设计的，所有的容器都会继承Lifecycle接口，它管理着容器的整个生命周期，所有容器的修改和状态的改变都会由它去通知已经注册的观察者(Listener)。
下面1-5介绍了Servlet的解析过程：
1.StandardContext的init方法
添加到Context容器的Listener将会被调用，ContextConfig继承了LifecycleListener接口，它是在调用Tamcat.addWebapp被加入到StandardContext容器中的。ContextConfig类会负责整个Web应用的配置文件的解析工作。
2.ContextConfig的init方法
(1)创建用于解析XML配置文件的contextDigester对象。
(2)读取默认context.xml配置文件，如果存在解析它。
(3)读取默认Host配置文件，如果存在解析它。
(4)读取默认Context自身的配置文件，如果存在解析它。
(5)设置Context的DocBase。
3.ContextConfig的startInternal方法
(1)创建读取资源文件的对象。
(2)创建ClassLoader对象。
(3)设置应用的工作目录。
(4)启动相关的辅助类，如logger、realm、resources等。
(5)修改启动状态，通知感兴趣的观察者(Web应用的配置)。
(6)子容器的初始化。
(7)获取ServletContext并设置必要的参数。
(8)初始化"load on startup"的Servlet。
4.ContextConfig的configureStart方法
Web应用的初始化，主要是解析Web.xml文件。Tomcat首先会找到globalWebXml，这个文件的搜索路径是engine的工作目录下的NO_DEFAULT_XML或conf/web.xml。接着会找hostWebXml，然后寻找应用的配置文件WEB-INF/web.xml。web.xml文件中的各个配置项将会被解析成相应的属性保存在WebXml对象中。如果当前应用支持Servlet3.0，解析还将完成额外9项工作，包括：annotations的支持等。
5.WebXml的configureContext方法
会将WebXml对象中的属性设置到Context容器中，这里包括创建的Servlet对象包装成StandardWrapper、filter、listener等。

三.创建Servlet实例
1.创建Servlet对象
如果Servlet的load-on-startup配置项大于0，那么在Context容器启动的时候就会被实例化，在解析配置文件时会读取默认的globalWebXml，在conf下的web.xml文件中定义了一些默认的配置项，其中定义了两个Servlet，分别是DefaultServlet和JspServlet。它们的load-on-startup分别是1和3，当Tomcat启动时这两个Servlet就会被启动。
创建Servlet实例的方法是从Wrapper.loadServlet开始。loadServlet方法要完成的就是获取servletClass，然后把它交给InstanceManager去创建一个基于servletClass.class的对象。如果这个Servlet配置了jsp-file，那么这个servletClass就是conf/web.xml中定义的JspServlet了。
2.初始化Servlet
初始化Servlet在StandardWrapper的initServlet方法中，调用Servlet的init()方法，同时把包装了StandardWrapper对象的StandardWrapperFacade作为ServletConfig传给Servlet。

四.Servlet体系结构
Servlet规范就是基于这几个类运转的，与Servlet主动关联的是三个类，分别是ServletConfig、ServletRequest和ServletResponse。其中ServletConfig在Servlet初始化时就传递给Servlet了，而后两个是在请求达到时调用Servlet传递过来的。StandardWrapper和StandardWrapperFacade都实现了ServletConfig接口，而StandardWrapperFacade是StandardWrapper门面类。

五.Servlet如何工作
用户从浏览器向服务器发起一个请求通常会包含如下信息：http://hostname:port/contextpath/servletpath，hostname和port用来与服务器建立TCP连接，而后面的URL才用来选择服务器中哪个子容器服务用户的请求。
(1)映射工作由专门的一个类来完成，这个类就是org.apache.tomcat.util.http.Mapper，这个类保存了Tomcat的Container容器中的所有子容器的信息，Request类在进入Container容器之前，Mapper将会根据这次请求的hostname和contextpath将host和context容器设置到Request的mappingData属性中，来确定要访问具体的子容器。然后初始化MapperListener，但请求到达最终的Servlet必须要执行Filter链，以及要通知在web.xml中定义的listener。
(2)执行Servlet的service方法，可以通过继承HttpServlet覆盖相应的方法来实现，MVC框架的基本原理是就是将所有的请求都映射到一个Servlet，然后去实现service方法，这个方法是框架入口，生命周期结束调用destroy方法。

六.Servlet中的Listener
Servlet中提供了6种两类事件的观察者接口：
1.EventListeners类型
ServletContextAttributeListener、ServletRequestAttributeListener、ServletRequestListener、HttpSessionAttributeListener。
2.LifecycleListeners类型
ServletContextListener、HttpSessionListener。

七.Servlet中的Filter
FilterConfig和FilterChain的实现类分别是ApplicationFilterConfig和ApplicationFilterChain，而Filter的实现类由用户自定义。
Filter类中的三个接口方法：
1.init(FilterConfig)：Filter初始化时被调用，可以获得ServletContext对象，还能获取在<filter>下配置的<init-param>参数值。
2.doFilter(ServletRequest, ServletResponse, FilterChain)：每个用户的请求都会调用这个方法，在Servlet的service方法之前被调用。通过调用FilterChain.doFilter可以将请求继续传递下去，反之就拦截了这个请求直接返回，这是一种责任链设计模式。
3.destroy:当Filter对象被销毁时，这个方法被调用。注意，当Web容器调用这个方法之后，容器会在调用一次doFilter方法。
所有的符合请求地址的Filter对象都保存在ApplicationFilterChain对象的Filters数组中。当FilterChain上所有的Filter对象执行完成后，就会执行最终的Servlet。所以ApplicationFilterChain对象中会持有Servlet对象的引用。Filter的匹配规则在ApplicationFilterFactory.matchFiltersURL方法中定义，只要匹配成功，这些Filter都会在请求链上被调用。

八.Servlet中的url-pattern
Servlet中是通过Mapper类完成的，这个类会根据请求的URL来匹配每个Servlet中配置的<url-pattern>，所以它在一个请求被创建时就已经匹配了。如果没有匹配到所有的Servlet，就会直接返回，不会调用任何Filter对象了。
web.xml加载时，检查<url-pattern>配置是否符合规则，这个检查是在StandardContext的validateURLPattern方法中检查的。
三种解析规则：
1.精确匹配：如/foo.htm
2.路径匹配：如/foo/*
3.后缀匹配：如*.htm
Servlet的匹配规则在Mapper.internalMapWrapper中定义，出现多个符合时，匹配优先级为精确匹配>路径匹配>后缀匹配。

九.Tomcat总体结构
Tomcat的心脏是两个组件：Connector和Container，Connector组件是可以被替换的，一个Container可以选择对应多个Connector。多个Connector和一个Container就形成了一个Service。有了Service就可以对外提供服务了。Service的生存环境是由Server提供，所以整个Tomcat的生命周期由Server控制。
1.Service
Tomcat中Service接口的标准实现类是StandardService，它不仅实现了Service接口，同时还实现了Lifecycle接口，这样它就可以控制它下面的组件的生命周期了。
2.Server
Server任务就是提供一个接口让其他程序能够访问到这个Service集合，同时要维护它所包含的所有Service的生命周期，包括如何初始化、如何结束服务、如何找到别人要访问的Service。它的标准实现类StandardServer实现了Lifecycle、MbeanRegistration两个接口的所有方法。
3.Lifecycle
Tomcat中组件的生命周期是通过Lifecycle接口来控制的，Server的Start方法就会循环调用所有Service组件的Start方法，但是所有Service必须要实现Lifecycle接口。

十.Connector
主要任务是负责接收浏览器发过来的TCP连接请求，创建一个Request和Response对象分别用于和请求端交换数据。然后会产生一个线程来处理这个请求并把产生的Request和Response对象传给处理这个请求的线程，处理这个请求的线程就是Container组件要做的事了。

十一.Container
Container是容器的父接口，所有子容器都必须实现这个借口，Container容器的设计用的是典型的责任链的设计模式，它由四个子容器组件构成，分别是Engine、Host、Context和Wrapper。
1.容器的总体设计
Context还可以定义在父容器Host中，Host不是必须的，但是要运行war程序，就必须要用到Host,因为war中必有web.xml文件，这个文件的解析就需要Host。如果要有多个Host就要定义一个top容器Engine。而Engine没有父容器了，一个Engine代表一个完整的Servlet引擎。
2.Engine容器
定义了一些基本的关联关系，它的标准实现类是StandardEngine，Engine没有父容器了，子容器也只能是Host类型的。
3.Host容器
Host是Engine的子容器，一个Host在Engine中代表一个虚拟主机，这个虚拟主机的作用就是运行多个应用，它的子容器通常是Context，它除了关联子容器外，还有就是保存一个主机应该有的信息。
4.Context容器
Context代表Servlet的Context，它具备了Servlet运行的基本环节，理论上只要有Context就能运行Servlet了。简单的Tomcat可以没有Engine和Host。
Context最重要的功能就是管理它里面的Servlet实例，Servlet实例在Context中是以Wrapper出现的。获取子容器(找到正确的Servlet)都是通过Request来分配的。
5.Wrapper容器
Wrapper代表一个Servlet，它负责管理一个Servlet，包括Servlet的装载、初始化、执行及资源回收。Wrapper是最底层的容器，它没有子容器了。
装载了Servlet后就会调用Servlet的init方法，同时会传一个StandardWrapperFacade对象给Servlet。

十二.Tomcat中的设计模式
Tomcat中用了很多设计模式，如模板模式、工厂模式、单例模式、门面模式(如Request对象的封装)、观察者模式（如Lifecycle）、命令模式(如Connector)和责任链模式(如Engine)。

十三.Tomcat与Jetty的比较
1.架构：Jetty更简单，很多需要功能需要自己实现，也更容易被扩展，而Tomcat臃肿很多，已实现的功能也会多一些。
2.性能：Tomcat处理少数非常繁忙的连接更有优势，也就是说连接的生命周期如果短，Tomcat性能更高，默认使用的是BIO。Jetty相反，它可以同时处理大量连接而且可以长时间保持这些连接。如：Web聊天。默认使用的是NIO技术，在处理请求上更占优势。
3.特性：Tomcat使用更加广泛，它对这些支持得更加全面一些，有很多特性Tomcat都直接集成进来了。Jetty的修改更加简单，它只要把相应的组件替换就好了。

十四.tomcat性能调优
1.设置最大线程数（HTTP通道调优）
2.设置gizp压缩（HTTP通道调优）
3.禁用 DNS查询
4.调整虚拟内存