Tomcat-基础架构

官网地址：https://tomcat.apache.org/

简介

Tomcat是Apache软件基金会（Apache Software Foundation）的Jakarta项目中的一个核心项目，由Apache，Sun和其他一些公司及个人共同开发而成。Tomcat服务器是一个免费的开放源代码的Web应用服务器，属于轻量级应用服务器，在中小型系统和并发访问用户不是很多的场合下被普遍使用，是开发和调试JSP程序的首选。Tomcat和Nginx，APache（httpd），lighttpd等Web服务器一样，具有处理HTML页面的功能，另外它还是一个Servlet和JSP容器，独立的Servlet容器是Tomcat的默认模式。不过，Tomcat处理静态HTML的能力不如Nginx／Apache服务器。

核心特性

轻量级 Servlet/JSP 容器
- 实现 Java Servlet 和 JSP 规范（如 Tomcat 10 支持 Servlet 6.0 和 JSP 3.0），但不支持完整 Java EE 规范（如 EJB）。
- 相比 JBoss、WebLogic 等全功能应用服务器，Tomcat 更轻量，适合中小型项目。
跨平台与开源
- 基于 Java 开发，支持 Windows、Linux、macOS 等系统，可免费使用和修改。
基础 HTTP 服务能力
- 内置 Coyote 连接器处理 HTTP 请求，但静态资源处理性能弱于 Nginx/Apache，常作为动态请求处理器与反向代理配合。

核心组件

Tomcat 采用分层容器设计，核心模块包括：

Connector（连接器）
- 监听网络端口（如 HTTP 8080、AJP 8009），将请求解析为 ServletRequest 对象传递给 Container。
- 支持 BIO/NIO/APR 等 I/O 模型，可通过线程池优化并发处理能力。
Container（容器）
- Engine：顶级容器，管理多个虚拟主机（Host）。
- Host：代表虚拟主机（如域名），包含多个 Web 应用（Context）。
- Context：对应一个 Web 应用（如 WAR 包），包含 Servlet 和静态资源。
- Wrapper：管理单个 Servlet 的生命周期（初始化、执行、销毁）。
其他关键组件
- Catalina：Servlet 容器实现，处理请求调度。
- Jasper：JSP 编译器，将 JSP 动态编译为 Servlet 执行。
- Cluster：支持会话复制，实现多实例负载均衡与高可用。

主流Java Web容器

服务器	开发厂商	开源情况	核心定位	主要特性	适用场景
Tomcat	Apache基金会	✅ 开源	Servlet/JSP容器	轻量级、易配置、社区生态完善，支持Servlet/JSP规范	中小型Web应用、Spring Boot项目、开发测试环境
Resin	Caucho公司	✅ 开源	高性能JSP/Servlet引擎	静态资源处理能力媲美Nginx，动态内容处理速度比Tomcat快3倍，内置负载均衡	高并发网站（如163、ku6）、商业级应用
Jetty	Eclipse基金会	✅ 开源	嵌入式轻量服务器	启动快（秒级）、内存占用低（~50MB），原生支持HTTP/2和WebSocket	微服务、IoT设备、云原生架构
JBoss/WildFly	Red Hat	✅ 开源	全栈Java EE服务器	支持EJB/JMS/JPA等企业规范，集成Tomcat作为Web容器，集群管理能力强	金融/电信等复杂企业系统
WebLogic	Oracle	❌ 商业	企业级Java EE服务器	高可靠性、强事务支持，与Oracle数据库深度集成	大型分布式系统（银行、电信核心业务）
WebSphere	IBM	❌ 商业	集成式中间件平台	支持全栈Java EE，扩展性强，配套IBM生态工具链	大型企业混合云架构

轻量级/微服务：Jetty或Undertow（内存占用低于Tomcat 60%）。
企业级全栈需求：WildFly（开源）或WebLogic（商业高可用）。
高并发Web站点：Resin（性能最优）或Nginx+Tomcat组合（静态分离）。
云原生开发：Spring Boot默认Tomcat，资源敏感场景可替换为Jetty/Undertow。

Tomcat与JDK关系

mermaid

graph TD
    %% Tomcat在Java运行环境中的位置
    subgraph Java_Runtime_Environment
        JDK["JDK (开发工具包)"] --> JRE
        JRE["JRE (运行环境)"] --> JVM
        JVM["JVM (Java虚拟机)"] --> OS
    end
    
    OS["OS (操作系统)"] --> Tomcat
    Tomcat["Tomcat"] --> Web_App["Servlet/JSP Web应用"]
    
    %% 开发工具依赖关系
    IDE["Java开发工具
    (Eclipse/IntelliJ等)"] --> JDK
    
    %% 样式定义
    classDef jdk fill:#F5B7B1,stroke:#333
    classDef jre fill:#A9DFBF,stroke:#333
    classDef jvm fill:#F9E79F,stroke:#333
    classDef os fill:#F4D03F,stroke:#333
    classDef tomcat fill:#5DADE2,stroke:#333,color:white
    classDef ide fill:#1F618D,stroke:#333,color:white
    classDef app fill:#7D3C98,stroke:#333,color:white
    
    class JDK jdk
    class JRE jre
    class JVM jvm
    class OS os
    class Tomcat tomcat
    class IDE ide
    class Web_App app

JDK→ JRE→ JVM→ OS：Tomcat运行在Java运行时环境之上
JRE提供核心类库，JVM执行字节码，OS提供底层资源管理

运行原理：

bash

[浏览器请求] 
→ OS接收网络请求 
→ Tomcat(Java进程) 
→ JVM加载Servlet类 
→ JRE执行字节码 
→ 返回HTML响应

Tomcat-目录结构

核心目录概览

bash

apache-tomcat-10.1.x/
├── bin/            # 控制脚本
├── conf/           # 全局配置
├── lib/            # 共享类库
├── logs/           # 运行日志
├── webapps/        # 应用部署
├── work/           # 运行时缓存
├── temp/           # 临时文件
├── LICENSE         # 许可证
└── NOTICE          # 版权声明

关键目录解析

`bin/` - 控制中心

核心脚本：
- startup.sh/startup.bat：启动服务（内部调用 catalina）
- shutdown.sh/shutdown.bat：安全停止服务
- catalina.sh/catalina.bat：核心控制脚本，支持调试/运行参数（如 debug、version）
- configtest.sh/configtest.bat：配置文件语法检查工具
环境配置：
- setenv.sh/setenv.bat：自定义 JVM 参数（如 CATALINA_OPTS="-Xms512m -Xmx1024m"）

`conf/` - 配置中枢

server.xml：主配置文件
- 定义端口（<Connector port="8080">）、线程池、虚拟主机（<Host>）
- 修改需重启生效
web.xml：全局 Servlet 配置（默认 MIME 类型、会话超时）
context.xml：数据源（JDBC）、JNDI 资源定义
tomcat-users.xml：管理角色配置（如 manager-gui、admin-gui）
logging.properties：日志级别（FINE/INFO）和输出格式控制

`webapps/` - 应用仓库

默认应用：
- ROOT/：根路径应用（http://localhost:8080）
- manager/：管理控制台（需权限）
- examples/：官方示例（JSP/Servlet）
部署方式：
- 直接放置 WAR 包（自动解压）
- 创建应用目录（含 WEB-INF/classes）

`lib/` - 共享类库

核心 JAR：
- servlet-api.jar：Servlet 规范实现
- jsp-api.jar：JSP 编译支持
- tomcat-jdbc.jar：数据库连接池
扩展性：第三方 JAR 放入此目录可被所有应用共享

`logs/` - 监控与诊断

关键日志：
- catalina.out：标准输出（启动/运行时信息）
- localhost_access_log.[date].txt：访问日志（格式：IP - - [时间] "请求" 状态码响应大小）
- manager.[date].log：管理操作审计
排查技巧：
- tail -f catalina.out 实时监控启动问题

`work/` - 运行时缓存

JSP 编译：
- 存放 JSP 转换后的 Servlet 源文件和 .class 文件（路径示例：work/Catalina/localhost/ROOT/org/apache/jsp/index_jsp.class）
故障处理：修改 JSP 未生效时，清理此目录强制重新编译

`temp/` - 临时文件

存储上传文件、会话持久化数据等，Tomcat 自动管理，无需手动干预

核心配置文件解析

server.xml - 服务器全局配置

Tomcat的主配置文件，定义服务器架构和核心组件：

xml

<Server port="8005" shutdown="SHUTDOWN">
  <Service name="Catalina">
    <!-- HTTP连接器配置 -->
    <Connector 
      port="8080" 
      protocol="HTTP/1.1"
      maxThreads="200"         <!-- 最大工作线程数 -->
      minSpareThreads="10"     <!-- 最小空闲线程 -->
      acceptCount="100"        <!-- 等待队列长度 -->
      connectionTimeout="20000"
      redirectPort="8443" />
    
    <!-- AJP连接器（用于集成Apache） -->
    <Connector port="8009" protocol="AJP/1.3" />
    
    <Engine name="Catalina" defaultHost="localhost">
      <Host name="localhost" appBase="webapps"
            unpackWARs="true" autoDeploy="true">
        <!-- 上下文参数 -->
        <Context path="/myapp" docBase="myapp" reloadable="true" />
      </Host>
    </Engine>
  </Service>
</Server>

关键组件说明：

<Connector>：定义请求处理协议（HTTP/AJP）及并发参数
<Executor>：线程池配置（需在<Connector>中通过executor属性引用）
<Host>：虚拟主机配置，支持多域名部署
<Context>：应用级配置（也可在独立context.xml中定义）

常用Connector参数：

参数	默认值	作用
`maxThreads`	200	最大并发线程数
`acceptCount`	100	等待队列容量
`compression`	off	启用GZIP压缩
`SSLEnabled`	false	启用HTTPS加密

web.xml - 应用部署描述符

位于conf/（全局）或应用WEB-INF/（应用级），定义Servlet规范相关配置：

xml

<web-app>
  <!-- Servlet定义 -->
  <servlet>
    <servlet-name>MyServlet</servlet-name>
    <servlet-class>com.example.MyServlet</servlet-class>
    <load-on-startup>1</load-on-startup> <!-- 启动顺序 -->
  </servlet>
  
  <!-- URL映射 -->
  <servlet-mapping>
    <servlet-name>MyServlet</servlet-name>
    <url-pattern>/api/*</url-pattern>
  </servlet-mapping>
  
  <!-- 过滤器配置 -->
  <filter>
    <filter-name>EncodingFilter</filter-name>
    <filter-class>com.example.UTF8Filter</filter-class>
  </filter>
  <filter-mapping>
    <filter-name>EncodingFilter</filter-name>
    <url-pattern>/*</url-pattern>
  </filter-mapping>
  
  <!-- 会话超时（分钟） -->
  <session-config>
    <session-timeout>30</session-timeout>
  </session-config>
</web-app>

context.xml - 应用上下文配置

分三个作用域：

全局 (conf/context.xml)：影响所有应用
Host级 (conf/Catalina/localhost/context.xml)：影响单虚拟主机
应用级 (webapps/myapp/META-INF/context.xml)：仅影响当前应用

典型配置：

xml

<Context>
  <!-- 数据源配置 -->
  <Resource 
    name="jdbc/TestDB" 
    type="javax.sql.DataSource"
    maxTotal="100"             <!-- 连接池最大连接数 -->
    maxIdle="30"               <!-- 最大空闲连接 -->
    username="dbuser"
    password="dbpass"
    driverClassName="com.mysql.jdbc.Driver"
    url="jdbc:mysql://localhost:3306/test" />
  
  <!-- 监控资源变更 -->
  <WatchedResource>WEB-INF/web.xml</WatchedResource>
</Context>

tomcat-users.xml - 权限管理

定义管理界面（如Manager App）的访问角色：

xml

<tomcat-users>
  <role rolename="manager-gui"/>     <!-- 控制台GUI权限 -->
  <role rolename="admin-gui"/>       <!-- 管理员GUI权限 -->
  <user username="admin" password="s3cret" roles="admin-gui,manager-gui"/>
</tomcat-users>

安全建议：生产环境限制manager-gui角色的IP访问。

Tomcat-优化

Gzip压缩

在Tomcat的server.xml文件中，找到对应http-nio-8080的<Connector>标签，添加或修改以下参数以启用Gzip压缩

xml

<Connector port="8080" protocol="HTTP/1.1"
           connectionTimeout="20000"
           redirectPort="8443"
           compression="on"
           compressionMinSize="2048"
           compressableMimeType="text/html,text/xml,text/javascript,text/css,text/plain,application/json"
           noCompressionUserAgents="gozilla, traviata" />

参数说明：

compression：可选值on（开启）、off（关闭）、force（强制压缩所有数据）。
compressionMinSize：默认2KB，过小的文件压缩可能适得其反。
compressableMimeType：需根据实际响应类型调整，例如动态内容如JSON需显式添加application/json
noCompressionUserAgents：不压缩的浏览器代理

静态资源缓存

在web.xml中配置缓存大小，减轻磁盘I/O压力

xml

<Resources cachingAllowed="true" cacheMaxSize="102400" />

线程池优化

在server.xml中独立配置<Executor>提升并发能力

xml

<Executor 
  name="tomcatThreadPool" 
  namePrefix="catalina-exec-"
  maxThreads="500" 
  minSpareThreads="50"
  maxQueueSize="100" />

<!-- 引用线程池 -->
<Connector executor="tomcatThreadPool" port="8080" />

核心参数：

maxThreads：建议设为CPU核心数的2-4倍（IO密集型应用）。
minSpareThreads：保持最小空闲线程（如50）以减少创建开销。
acceptCount：队列长度建议为maxThreads的50%-100%

JVM调优参数

Tomcat最吃内存，只要内存足够，这只猫就跑的很快。如果系统资源有限，那就需要进行调优，提高资源使用率。

catalina.sh的路径为:/usr/local/tomcat/bin/catalina.sh，声明位置，不要放在后边

shell

JAVA_OPTS="-Djava.awt.headless=true -Dfile.encoding=UTF-8 -server -Xms1024m -Xmx1024m -XX:NewSize=512m -XX:MaxNewSize=512m -XX:PermSize=512m -XX:MaxPermSize=512m"

内存设置：

-Xms和-Xmx：设为相同值（如4G）避免动态扩展开销。
-XX:MetaspaceSize：调整元空间初始大小（如256m）

GC策略：

吞吐量优先：-XX:+UseParallelGC。
低延迟优先：-XX:+UseG1GC并设置-XX:MaxGCPauseMillis=200

JVM核心参数优化表

参数类型	参数名	作用说明	推荐值	注意事项
堆内存设置	`-Xms`	初始堆大小（JVM启动时分配）	与`-Xmx`相同，设为物理内存的50%-70%	避免运行时动态扩容产生性能波动，例如`-Xms4g -Xmx4g`
	`-Xmx`	最大堆大小（JVM可扩展上限）
	`-Xmn`	新生代大小（Young Generation）	占堆内存的1/3~1/4（如堆4G时设1G）	过小易引发Minor GC频繁，过大会压缩老年代空间
垃圾回收策略	`-XX:+UseG1GC`	启用G1垃圾回收器（低延迟）	JDK9+默认，堆>6G时首选	配合`-XX:MaxGCPauseMillis=200`设置目标停顿时间
	`-XX:+UseConcMarkSweepGC`	启用CMS回收器（并发标记清除）	JDK8及以下老年代低延迟方案	需搭配`-XX:CMSInitiatingOccupancyFraction=75`设定触发阈值
	`-XX:+PrintGCDetails`	打印详细GC日志	生产环境必开，配合`-Xloggc:/path/gc.log`	用于诊断GC频率与停顿时间
永久代/元空间	`-XX:PermSize`	永久代初始大小（JDK7-）	JDK8+已废弃	JDK8+使用元空间替代，参数改为`-XX:MetaspaceSize=256m`
	`-XX:MaxPermSize`	永久代最大大小
	`-XX:MaxMetaspaceSize`	元空间最大大小（JDK8+）	建议1GB~2GB	不受堆内存限制，但需监控防止泄漏
线程与栈配置	`-Xss`	单个线程栈大小	128k~1M（默认1M）	过小导致栈溢出，过大限制总线程数（经验上限5000线程）
	`-XX:ParallelGCThreads`	并行GC线程数	等于CPU核心数	仅影响并行/并发回收器
高级调优参数	`-XX:SurvivorRatio`	Eden区与Survivor区比例（如8表示Eden:S0:S1=8:1:1）	默认8，可微调至6~10	影响对象晋升老年代速度
	`-XX:NewRatio`	新生代与老年代比例（如2表示新生代:老年代=1:2）	默认2，高临时对象场景可调至1	与`-Xmn`冲突时以`-Xmn`优先
	`-XX:+DisableExplicitGC`	禁用`System.gc()`手动触发	生产环境建议启用	防止外部调用引发Full GC
	`-XX:+HeapDumpOnOutOfMemoryError`	OOM时自动生成堆转储文件	必开，配合`-XX:HeapDumpPath=/path/`	用于事后分析内存泄漏

安全加固

禁用自动部署：<Host autoDeploy="false">
关闭目录列表：在web.xml中设置<init-param><param-name>listings</param-name><param-value>false</param-value></init-param>
启用HSTS：在server.xml的<Connector>中添加hstsEnabled="true"
删除示例应用：清理 webapps/examples/和 webapps/docs/减少攻击面
修改关闭指令：避免默认 SHUTDOWN指令（server.xml中的 <Server port="8005" shutdown="NEW_PASSWORD">）
限制管理界面：在 tomcat-users.xml限制manager-gui角色的IP访问

日志管理

定期轮转日志（如 Log4j 配置），避免 catalina.out过大占满磁盘

安装配置与部署

Oracle下载地址：https://www.oracle.com/cn/java/technologies/downloads/

安装JDK

bash

# 解压
tar xvf jdk-8u281-linux-x64.tar.gz -C /usr/local
chown root:root /usr/local/jdk1.8.0_281

# 设置环境变量
cat >> /etc/profile << "EOF"
export JAVA_HOME=/usr/local/jdk1.8.0_281
export JRE_HOME=${JAVA_HOME}/jre
export CLASSPATH=.:${JAVA_HOME}/lib:${JRE_HOME}/lib:$CLASSPATH
export JAVA_PATH=${JAVA_HOME}/bin:${JRE_HOME}/bin
export PATH=$PATH:${JAVA_PATH}
EOF

source /etc/profile

# 查看版本
java -version

安装 Tomcat

bash

# Tomcat下载：
https://dlcdn.apache.org/tomcat/tomcat-9/v9.0.108/bin/apache-tomcat-9.0.108.tar.gz

# 解压
tar xf apache-tomcat-9.0.108.tar.gz -C /usr/local/
mv /usr/local/apache-tomcat-9.0.108 /usr/local/tomcat
# 可选的操作
echo 'export TOMCAT_HOME=/usr/local/tomcat' >>/etc/profile
source /etc/profile

Tomcat 操作

bash

# 启动程序
/usr/local/tomcat/bin/startup.sh
# 关闭程序
/usr/local/tomcat/bin/shutdown.sh

Tomcat-管理war包

基础单实例

bash

# 上传war包到tomcat管理目录中,tomcat会自动解压memtest目录
/usr/local/tomcat/webapps/memtest.war
# 浏览器请求
http://192.168.148.101:8080/memtest/meminfo.jsp

Tomcat多实例

复制Tomcat目录

bash

# 比如8080单独的服务，8090单独的服务
cp -a /usr/local/tomcat /usr/local/tomcat_8080
cp -a /usr/local/tomcat /usr/local/tomcat_8090

修改服务配置文件

bash

vi /usr/local/tomcat_8090/conf/server.xml
# 修改tomcat服务端口
<Server port="8006" shutdown="SHUTDOWN">
# 对外提供服务的端口
<Connector port="8090" protocol="HTTP/1.1"
# 网站域名及网页根目录路径
<Host name="localhost" appBase="webapps"

启动多实例

bash

/usr/local/tomcat_8080/bin/startup.sh
/usr/local/tomcat_8090/bin/startup.sh

# 检测端口
ss -antup | grep java

Tomcat集群

nginx 负载均衡

nginx

upstream tomcats{
    ip_hash;
    server 192.168.148.101:8080;
    server 192.168.148.102:8080;
}
server {
    listen 8080;
    server_name localhost;

    location / {
	proxy_pass http://tomcats;
        # 核心头设置
            proxy_set_header Host $host;
            proxy_set_header X-Real-IP $remote_addr;
            proxy_set_header X-Forwarded-For $proxy_add_x_forwarded_for;
            proxy_set_header X-Forwarded-Proto $scheme;

            # 连接优化
            proxy_http_version 1.1;
            proxy_set_header Connection "";
    }
}

Tomcat-基础架构 ​

简介 ​

核心特性 ​

核心组件 ​

主流Java Web容器 ​

Tomcat与JDK关系 ​

Tomcat-目录结构 ​

核心目录概览 ​

关键目录解析 ​

bin/ - 控制中心 ​

conf/ - 配置中枢 ​

webapps/ - 应用仓库 ​

lib/ - 共享类库 ​

logs/ - 监控与诊断 ​

work/ - 运行时缓存 ​

temp/ - 临时文件 ​

核心配置文件解析 ​

server.xml - 服务器全局配置 ​

web.xml - 应用部署描述符 ​

context.xml - 应用上下文配置 ​

tomcat-users.xml - 权限管理 ​

Tomcat-优化 ​

Gzip压缩 ​

静态资源缓存 ​

线程池优化 ​

JVM调优参数 ​

JVM核心参数优化表 ​

安全加固 ​

日志管理 ​

安装配置与部署 ​

安装JDK ​

安装 Tomcat ​

Tomcat 操作 ​

Tomcat-管理war包 ​

基础单实例 ​

Tomcat多实例 ​

复制Tomcat目录 ​

修改服务配置文件 ​

启动多实例 ​

Tomcat集群 ​

nginx 负载均衡 ​

Tomcat-基础架构

简介

核心特性

核心组件

主流Java Web容器

Tomcat与JDK关系

Tomcat-目录结构

核心目录概览

关键目录解析

`bin/` - 控制中心

`conf/` - 配置中枢

`webapps/` - 应用仓库

`lib/` - 共享类库

`logs/` - 监控与诊断

`work/` - 运行时缓存

`temp/` - 临时文件

核心配置文件解析

server.xml - 服务器全局配置

web.xml - 应用部署描述符

context.xml - 应用上下文配置

tomcat-users.xml - 权限管理

Tomcat-优化

Gzip压缩

静态资源缓存

线程池优化

JVM调优参数

JVM核心参数优化表

安全加固

日志管理

安装配置与部署

安装JDK

安装 Tomcat

Tomcat 操作

Tomcat-管理war包

基础单实例

Tomcat多实例

复制Tomcat目录

修改服务配置文件

启动多实例

Tomcat集群

nginx 负载均衡