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【SpringBoot】Spring Boot 内嵌 Web 服务器入门，一文讲明白 Tomcat 的功能、目标、工作流程

网友: 技术文档 2025-07-30 10:35:59

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参考资料：Tomcat系列教材 （一）- 教程

概述

  1. 定义：一个开源 Java Web 应用服务器，实现了 Java Servlet、JavaServer Pages (JSP) 等 Java EE 规范，是最流行的轻量级应用服务器之一
    1. Java Servlet：运行在 Web 服务器上的 Java 程序，用于处理客户端请求和生成动态内容，是 Java Web 应用的核心组件
    2. JavaServer Pages：基于 Java 的服务器端网页开发技术，允许在 HTML 中嵌入 Java 代码，简化动态网页的开发
  2. 功能：监听目标 ip 和端口，使得服务调用者只需要将请求发送到 ip 对应的 端口，而无需关心对方是什么类型的服务
  3. 核心目标：解耦调用者（前端或网关）和服务器（后端），让双方可以通过 http 方式进行通信，而不需要关心对方是如何运作的
  4. 下载： Apache Tomcat® - Apache Tomcat 9 Software Downloads
  5. 名称来历：Tomcat是一种野外的猫科动物，不依赖人类，独立生活。 Tomcat的作者，取这个名字的初衷是希望，这一款服务器可以自力更生，自给自足，像Tomcat这样一种野生动物一般，不依赖其他插件，而可以独立达到提供 web 服务的效果

相关概念

Web 服务器

  1. 定义：处理 HTTP 请求而不执行具体业务代码的服务器
  2. 功能
    • 处理静态资源：HTML、CSS、JS、图片等，可以提供前端页面
    • 转发请求：作为反向代理，把动态请求转发给 Web 应用服务器（如 Tomcat、JBoss）
    • 负载均衡：负责分配流量到多个 Web 应用服务器

Web 容器

  1. 定义：实际上就是后端服务器，属于 Web 应用服务器的一部分，但是不具备 HTTP 请求处理能力
  2. 功能：负责处理动态请求，运行和管理 Java Web 应用（Servlet、JSP），执行具体的业务代码

Web 应用服务器

  1. 定义：Application Server，是一个提供业务逻辑执行环境的服务器软件，Web 应用服务器 = Web 容器 + 企业级服务
    • 企业级服务：事务管理、安全认证、数据库连接池、消息队列等高级功能
  2. 功能
    • 管理和运行 Web 应用程序，处理并发请求和负载均衡
    • 提供企业级服务和资源管理，确保应用程序的安全性和可靠性

主要功能

  1. 部署和运行 Java Web 应用：支持JSP页面和Servlet组件的执行，处理动态Web内容
  2. Web 容器：符合 JavaEE 规范，提供完整的 Web 容器环境，管理 Servlet 生命周期
  3. 请求处理：高效处理HTTP请求，支持会话管理和请求转发
  4. 开发支持：为Java Web应用提供完整的开发、测试和调试环境，支持热部署

组成部分（不是很重要，只想了解基本原理可以跳过）

  1. Coyote（HTTP 连接器）
    • 定义：Tomcat 的 HTTP 处理器，负责监听端口（默认 8080）并解析 HTTP 请求
    • 功能：解析 HTTP 请求头、处理 Keep-Alive 连接、将请求交给 Catalina 处理
  2. Jasper（JSP 解析引擎）
    • 功能：Jasper 负责解析 JSP 页面，将 JSP 转换成 Java 类，交给 Catalina 执行
    • JSP 运行流程
      1. Tomcat 解析 JSP 文件（index.jsp）。
      2. Jasper 将 JSP 转换为 Java Servlet 代码。
      3. 编译 Java 代码成 .class 文件，交由 Catalina 运行。
  3. Catalina（Servlet 容器）
    • 定义：负责 Servlet 处理的核心组件，即 Tomcat 的 Web 容器
    • 功能
      • 负责管理多个 Web 应用（WAR 包），一个应用对应一个 ServletContext 实例，并通过 ServletContext 实例将接口暴露给 Web 应用
      • 处理 web.xml 配置，管理 Web 应用的生命周期（启动、销毁）
      • 处理 Servlet 及其映射，调用 HttpServlet 的 doGet() 和 doPost() 方法
  4. Apr（原生库优化）
    • 定义：Tomcat 的原生优化库，用于提高性能和安全性，需要额外安装 tomcat-native 才能启用
    • APR 适用场景
      • 处理高并发请求时，APR 提供更快的 Socket 通信。
      • SSL/TLS 加密时，APR 可以提高加密效率。
      • 在 Linux 服务器 上，APR 通过 epoll 提高 IO 性能。
  5. Cluster（集群管理）
    • 定义：Tomcat 提供的集群支持，允许多个 Tomcat 服务器共享 Session 数据，适用于多台 Tomcat 部署的场景
    • 功能：用于负载均衡和 Session 复制，防止单点故障（Session 失效）
  6. High-Availability（高可用性）
    • 定义：Tomcat 提供的故障转移能力（Failover）
    • 功能：保证在某台 Tomcat 崩溃时，Session 依然可用，适用于大规模 Web 应用，防止单点故障
  7. WebApps（Web 应用管理）

    • 定义：WebApps 目录是 Tomcat 部署 Web 应用的地方，支持热部署

    • 默认 WebApps 目录结构

      ├── webapps│ ├── ROOT （默认 Web 应用）│ ├── myapp （用户自定义 Web 应用）│ ├── docs （Tomcat 文档）│ ├── manager （Tomcat 管理界面）│ ├── host-manager （多站点管理）

工作流程

  1. **客户端发起 HTTP 请求：**比如用户访问 http://localhost:8080/myapp/hello

  • Coyote 监听 HTTP 端口（如 8080），接收 HTTP 请求。

  • Coyote 解析 HTTP 请求并转换为 ServletRequest 对象，交给 Catalina 处理。

  • Catalina 解析请求的主机和路径，确定该请求应该交给哪个 Web 应用 处理。

  • Catalina 将请求交给对应的 Servlet 处理

    在这个 Web 应用中，Catalina 会查看它的 web.xml 文件或者注解配置，找到匹配该请求路径的 Servlet

    如果路径是 /*（或者某个具体的路径），而这个路径被映射到了 DispatcherServlet，那么 Catalina 就会把请求交给 DispatcherServlet 处理。

  • Servlet 处理请求（若请求的是 /hello 这种 Servlet 路径），或者 Jasper 处理 JSP 页面（若请求的是 /index.jsp）

  • Servlet 或 JSP 生成响应 并返回给 Catalina。

  • Catalina 通过 Coyote 将响应封装成 HTTP 响应 并返回给客户端。

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Tomcat 结构关系图

Server (顶层服务器)└── Service (服务) ├── Connector (连接器，监听 8081 端口) └── Engine (核心引擎，处理请求) └── Host (虚拟主机，如 localhost) └── Context (Web 应用上下文，路径为 \"\") └── DispatcherServlet (Spring MVC 的核心 Servlet，映射 /*)
客户端（如浏览器） ↓ HTTP 请求Tomcat (Catalina + Coyote) ↓ Connector (Coyote 实现了底层通信) ↓ Engine -> Host -> ContextDispatcherServlet (Spring MVC 的核心 Servlet) ↓ Spring ApplicationContext ↓ Controller (处理请求的 Bean) ↓ Service / Repository (业务逻辑层)
  • Server：代表整个 Tomcat 服务器，是最顶层的容器对象
  • Service：包含一个 Engine 和多个 Connector，负责对外提供服务
  • Connector：连接器，负责接收请求并将请求转发给 Engine 处理
  • Engine：引擎，负责处理 Connector 接收到的请求，是 Service 中的核心处理组件
  • Host：虚拟主机，负责管理一个或多个 Context（Web 应用）
  • Context：代表一个 Web 应用，管理 Servlet 容器和相关资源
  • DispatcherServlet：Spring MVC 的核心组件，负责将请求分发给对应的处理器

Tomcat & Nginx

  1. 二者优势
    1. Nginx：擅长处理静态资源和高并发
    2. Tomcat：专注于处理Java动态请求和业务逻辑。
  2. 二者关系：在实际生产环境中，Nginx 和 Tomcat 常常结合使用，充分发挥两者的优势
  3. 合作方式：Nginx 作为前端服务器处理静态资源请求，并将动态请求转发给后端的 Tomcat 处理

常见架构

用户请求 → Nginx (Web 服务器) → Tomcat (Web 容器) 处理 Java 业务逻辑

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对比

比较方面 Tomcat Nginx 功能定位 Java应用服务器，专注于处理 Java Web 应用程序 高性能web服务器，专注于静态资源处理、反向代理和负载均衡 处理机制 处理动态请求，支持 Java Web 容器功能 处理静态内容，提供 HTTP 服务，不能直接运行 Java 代码 性能特点 适合处理动态请求，内存占用较大，单机并发量较低 静态资源处理效率高，内存占用小，高并发性能优秀 应用场景 Java Web 应用部署，开发测试环境 生产环境前端服务器，负载均衡，反向代理 端口 默认8080端口 默认80端口
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