早期Web容器早期的 Web 應用主要用于瀏覽新聞等靜態頁面，HTTP 服務器(比如 Apache、Nginx)向瀏覽器返回靜態 HTML，瀏覽器負責解析 HTML，將結果呈現給用戶。

Servlet規范

隨著互聯網發展，往往更多的是需要動態的交互。所以 Sun 公司推出了 Servlet 技術：servlet 規范!目前最新是 Servlet 4.0 ，它支持 HTTP2.0!

符合 Servlet 規范的 Web 流程：由 Servlet 容器來創建和管理 Servlet，客戶端的請求 會被封裝成 ServletRequest 和 ServletResponse，其本質上就是對通信協議的封裝。

Tomcat簡介

Tomcat 就是一個 Servlet 容器，實現了對 Servlet 和 JavaServer Page(JSP)的支持。同時，它還具有 HTTP 服務器的功能。所以，「Tomcat = HTTP服務器 + Servlet容器」，一般我們給這種組件稱為：「輕量級web容器」!

Tomcat架構

Tomcat-Server

• 「Server」：一個 Server 就是一個 Tomcat 實例，下載 Tomcat 壓縮包，執行 /bin/startup.sh，就可以啟動一個 Tomcat 實例。
• 「Service」：一個對外服務的整體，它包括多個 Connector 和一個 Engine。同時，一個 Server 可以配置多個 Service。實際上 Service 只是將組件組合到一起，本身并沒有實現什么功能。

Tomcat-連接器

連接器，啟動 ServerSocket，負責監聽 Socket 請求，將數據轉換成 Tomcat Request，交給 Engine 處理。一個 Service 可以有多個 Connector，表示它可以監聽多個端口。

Tomcat-容器

即 Servlet 容器，它是 Tomcat 容器的最頂層組件，它會管理多個虛擬主機 Host，一個 Service 只能有一個 Engine，但是一個 Engine 可以配置多個 Host。Tomcat 的 Servlet 容器是具有明顯的分層架構的。

• 「Host」：虛擬主機，默認為 localhost，也就是 127.0.0.1。也可以配置不同的 IP 地址，訪問不同的 IP 地址就可以訪問到不同的虛擬主機。一個 Host 可以部署多個 Context。
• 「Context」：應用程序，一般會把我們實現的 Servlet 應用打包成 war，放到 Tomcat 的 webapps 目錄下，Tomcat 會將其解壓并部署映射成一個 Context 組件，表示一個應用上下文。一個 Context 可以管理多個 Wrapper，畢竟一個 web 應用肯定有多個 Servlet。
• 「Wrapper」：這個組件 Tomcat 配置文件并沒有，因為它是在 web.xml 配置，它就是 Servlet。確切地說，是 Tomcat 用 Wrapper 包裹了我們自己實現的 Servlet。一個請求最終就會到 Wrapper 來執行。

Tomcat生命周期管理

「Tomcat 設計眾多組件來保證高內聚低耦合，保證可擴展性」。但是，組件數量多也會帶來其它問題，比如組件的管理，在啟動、關閉和銷毀需要涉及多個組件的操作。Tomcat 設計了 LifeCycle 接口，它定義生命周期鉤子函數：init()、start()、stop() 和 destroy()，組件都實現這個接口，定義自己的處理邏輯。并且，上層組件在觸發自己生命周期鉤子函數的同時，會觸發它管理的下層組件的鉤子函數。其實國外設計框架很喜歡設計這個 LifeCycle 接口，新版 Apache Dubbo 也加入了這一特性。

Tomcat 在實現組件生命周期管理，充分利用了「組合模式、觀察者模式和模板模式」。

• 「組合模式」：Tomcat 通過組合模式，用上層組件來管理它下一級組件，每個組件都是這樣的管理方式。這樣暴露給用戶的是，只需要對一個組件進行訪問，則可以達到一個完整系統調用的一致性效果。以 Tomcat 最頂級的組件 Server 來看，它的 init() 方法：
• 「觀察者模式」：Tomcat 考慮自身的可擴展性，避免版本升級就得修改生命周期鉤子函數，它引入了監聽器 LifecycleListener 和 LifecycleState。它設計了一套貫穿組件生命周期全過程的狀態集合，例如：當組件剛創建則處于 NEW 狀態，調用了 init() 方法處于 INITIALIZED 狀態...在調用生命周期方法的前后，會改變組件的狀態，而狀態的改變會被封裝成為一個個事件 LifecycleEvent，由監聽器來處理這些事件。
• 「模板模式」：主要體現了代碼實現上，實際上狀態的轉變、事件的創建以及監聽器的回調，這些操作其實沒有必要在每個組件中自己實現，這會造成重復代碼。Tomcat 在實現這個功能的時候，把這些通用邏輯抽象了出來，定義為一個 LifecycleBase 抽象類，它會定義骨架方法，比如 init() 方法。

Tomcat連接器

Tomcat 連接器，用來監聽 Socket 連接，將 TCP 底層的字節流數據，轉換為 Request 和 Response;連接器主要有3個組件：「EndPoint、Processor、Adapter」。

• ?「Endpoint」 負責提供字節流給 Processor。
• 「Processor」 負責提供 Tomcat Request 對象給 Adapter。
• 「Adapter」 負責轉換 ServletRequest 對象給容器。

其中，Tomcat 將 EndPoint 和 Processor 組合到一起，組成了 ProtocolHandler，這其實就是一種組合設計模式的使用。

Tomcat連接器-NioEndpoint

「Tomcat 使用 NioEndPoint 基于 java 的 nio 包實現了 I/O 多路復用模型」，主要包含了 LimitLatch、Acceptor、Poller、SocketProcessor 和 Executor 共 5 個組件。它的工作過程如下：

1. 「LimitLatch」：負責控制最大連接數，NIO 模式下默認是 10000，達到這個閾值后，連接請求被拒絕。它是基于 AQS 實現，原理就跟 Lock 一樣。
2. 「Acceptor」：獨立線程，不斷調用 ServerSocketChannel 的 accept() 方法來接收新連接，一旦有新的連接請求到來，返回 SocketChannel 對象，然后將其封裝在一個 PollerEvent 對象中，并將 PollerEvent 對象壓入 Poller 的 Queue 里(「典型的生產者 - 消費者模式」)。
3. 「Poller」：獨立運行在一個線程里，底層就是一個 Selector，每個 Poller 線程可能同時被多個 Acceptor 線程調用來注冊 PollerEvent。Poller 不斷的通過內部的 Selector 對象向內核查詢 Channel 的狀態，一旦可讀就生成任務類 SocketProcessor 交給 Executor 去處理。
4. 「SocketProcessor」：實現了 Runable 接口，主要是調用 Http11Processor 來處理請求。Tomcat 會將 Socket 包裝成一個 SocketWrapper，Http11Processor 會調用 SocketWrapper 來讀寫數據。
5. 「Executor」：自定義的線程池，負責運行 SocketProcessor ，會調用 Http11Processor 來讀取和解析請求數據。Http11Processor 是應用層協議的封裝，它會調用容器獲得響應，再把響應通過 Channel 寫出。

Tomcat連接器-Nio2Endpoint

Tomcat 還支持了異步 I/O，基于 Java AIO 實現 - Nio2Endpoint 的組件跟 NioEndpoint 類似，但是 Nio2Endpoint 中沒有 Poller 組件，也就是沒有 Selector。這是因為在異步 I/O 模式下，Selector 的工作交給內核來做了。

• 「LimitLatch」：跟 NioEndPoint 一樣，連接控制器，它負責控制最大連接數。
• 「Nio2Acceptor」：擴展了 Acceptor，自己就是處理連接的回調類，用異步 I/O 的方式來接收新連接后，得到一個 AsynchronousSocketChannel，它會將其封裝成一個 Nio2SocketWrapper，并創建一個SocketProcessor 任務類交給線程池處理。
• 「Nio2SocketWrapper」：實際讀取 Channel 內的數據，并提供接口給 Http11Processor 讀寫。但是由于異步 I/O 的性質，Http11Processor 讀取 Nio2SocketWrapper 時很有可能內核還沒有將數據準備好，為了解決這個問題，Http11Processor 采用了2次 read 調用：通過注冊回調類 readCompletionHandler。

最后

其實 Tomcat 的實現細節很多，沒辦法一一重現，大部分情況下需要自己去對著源碼跑一遍，像很多實際運用：

• ContainerBackgroundProcessor，實現熱更新機制：熱加載和熱部署。
• 對象池技術，典型的以空間換時間的思路，通過 SynchronizedStack 減少 SocketWrapper 和SocketProcessor 的創建和銷毀。
• Servlet 3.0 中引入的異步 Servlet，Tomcat 對其做了支持，它的思想是：讓業務線程和 Tomcat I/O 線程分離開，將復雜耗時的業務計算移到業務線程池中進行，釋放 Tomcat的I/O 線程，以便可以及時響應其它請求。
• 會話管理...
• 集群管理...