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編輯推薦
基於Tomcat新版本全麵解析應用服務器架構
涵蓋Tomcat所有組件的詳細配置、使用與優化
知識講解廣度與深度結閤,係統性與完整性兼備
Tomcat作為一款開源的輕量級Web應用服務器,技術先進,性能穩定,深受Java愛好者的喜愛,也得到瞭廣大軟件開發商的高度認可,目前已成為zui流行的Java Web應用服務器,廣泛應用於企業應用係統及雲服務平颱,是開發和調試JSP/Servlet應用的shouxuan。係統學習Tomcat架構將會令你受益匪淺。
Tomcat架構解析 從功能組件、協議、規範,到詳細配置等各個方麵,係統性介紹瞭Tomcat架構的實現方案及使用方式,有助於讀者詳細瞭解應用服務器的架構及工作原理。主要內容包括:
★ Tomcat的基礎組件架構及工作原理;
★ Tomcat各組件的設計、實現方案、使用方式及詳細配置;
★ Tomcat與Web服務器集成及性能優化;
★ Tomcat部分擴展特性介紹:嵌入式、Comet、WebSocket等。
學習Tomcat架構解析,讀者可以詳細瞭解應用服務器的架構以及工作原理,不僅可以係統掌握Tomcat的使用,而且對於應用係統基礎架構也有很大的藉鑒意義。
內容簡介
Tomcat架構解析 基於Tomcat 8.5.x全麵介紹瞭Tomcat的架構、各組件的實現方案以及使用方式,主要包括Tomcat的基礎組件架構以及工作原理,Tomcat各組件的實現方案、使用方式以及詳細配置說明,Tomcat與Web服務器集成以及性能優化,Tomcat部分擴展特性介紹等。讀者可以瞭解應用服務器的架構以及工作原理,學習Tomcat的使用、優化以及詳細配置。
作者簡介
劉光瑞,北京窩客研發總監,負責窩客産品研發管理及總體架構設計。擁有十幾年的企業級大型業務係統研發架構經驗,成功帶領團隊設計並研發基於Tomcat的組件化微服務架構。2007年在四達軟件擔任高級架構師,主導瞭數個省份的廣播電視省網業務運營支撐係統的架構設計及優化工作。2012年在電訊盈科擔任高級技術顧問,參與瞭中國移動供應鏈係統的架構及研發。在應用係統架構及性能優化方麵積纍瞭豐富的經驗。
目錄
第1章 Tomcat介紹 1
1.1 簡介 1
1.1.1 Tomcat曆史 1
1.1.2 Tomcat許可 2
1.2 安裝和啓動 3
1.2.1 Tomcat下載與安裝 3
1.2.2 Tomcat啓動 4
1.2.3 IDE啓動 5
1.2.4 嵌入式啓動 10
1.2.5 Debug啓動 11
1.3 Tomcat目錄結構 12
1.4 Tomcat 8.5之後的新特性 12
1.5 小結 13
第2章 Tomcat總體架構 14
2.1 總體設計 14
2.1.1 Server 14
2.1.2 Connector和Container 15
2.1.3 Container設計 17
2.1.4 Lifecycle 20
2.1.5 Pipeline和Valve 23
2.1.6 Connector設計 24
2.1.7 Executor 26
2.1.8 Bootstrap和Catalina 28
2.2 Tomcat啓動 30
2.3 請求處理 31
2.4 類加載器 33
2.4.1 J2SE標準類加載器 33
2.4.2 Tomcat加載器 34
2.4.3 Web應用類加載器 36
2.5 小結 37
第3章 Catalina 38
3.1 什麼是Catalina 38
3.2 Digester 39
3.2.1 對象棧 40
3.2.2 匹配模式 41
3.2.3 處理規則 41
3.2.4 示例程序 42
3.3 創建Server 44
3.3.1 Server的解析 45
3.3.2 Engine的解析 48
3.3.3 Host的解析 49
3.3.4 Context的解析 50
3.4 Web應用加載 53
3.4.1 StandardHost 54
3.4.2 HostConfig 56
3.4.3 StandardContext 60
3.4.4 ContextConfig 64
3.4.5 StandardWrapper 69
3.4.6 Context命名規則 69
3.5 Web請求處理 71
3.5.1 總體過程 71
3.5.2 請求映射 72
3.5.3 Catalina請求處理 80
3.6 DefaultServlet和JspServlet 81
3.6.1 DefaultServlet 82
3.6.2 JspServlet 84
3.7 小結 85
第4章 Coyote 86
4.1 什麼是Coyote 86
4.2 Web請求處理 88
4.2.1 主要概念 88
4.2.2 請求處理 90
4.2.3 協議升級 92
4.3 HTTP 94
4.3.1 基礎知識 94
4.3.2 配置方式 95
4.4 AJP 97
4.4.1 基礎知識 97
4.4.2 Web服務器組件 103
4.4.3 配置方式 106
4.5 HTTP/2.0 106
4.5.1 基礎知識 106
4.5.2 配置方式 110
4.6 I/O 111
4.6.1 BIO 112
4.6.2 NIO 115
4.6.3 NIO2 121
4.6.4 APR 130
4.7 小結 134
第5章 Jasper 136
5.1 Jasper簡介 136
5.2 JSP編譯方式 137
5.2.1 運行時編譯 137
5.2.2 預編譯 141
5.3 JSP編譯原理 144
5.4 小結 151
第6章 Tomcat配置管理 152
6.1 JVM配置 152
6.1.1 JVM配置選項 152
6.1.2 係統屬性 153
6.2 服務器配置 158
6.2.1 catalina.properties 158
6.2.2 server.xml 159
6.2.3 context.xml 172
6.3 Web應用配置 172
6.3.1 ServletContext初始化參數 173
6.3.2 會話配置 174
6.3.3 Servlet聲明及映射 175
6.3.4 應用生命周期監聽器 177
6.3.5 Filter定義及映射 177
6.3.6 MIME類型映射 178
6.3.7 歡迎文件列錶 178
6.3.8 錯誤頁麵 179
6.3.9 本地化及編碼映射 179
6.3.10 安全配置 179
6.3.11 JNDI配置 180
6.3.12 其他 183
6.4 Web應用過濾器 185
6.4.1 CorsFilter 186
6.4.2 CsrfPreventionFilter 188
6.4.3 ExpiresFilter 188
6.4.4 FailedRequestFilter 190
6.4.5 RemoteAddrFilter 191
6.4.6 RemoteHostFilter 191
6.4.7 RemoteIpFilter 192
6.4.8 RequestDumperFilter 195
6.4.9 SetCharacterEncodingFilter 195
6.4.10 WebdavFixFilter 196
6.5 Tomcat管理 196
6.5.1 host-manager 196
6.5.2 manager 197
6.5.3 管理命令行 199
6.5.4 Ant任務 200
6.5.5 JMX 201
6.6 小結 201
第7章 Web服務器集成 202
7.1 Web服務器與應用服務器的區彆 202
7.2 集成應用場景 205
7.3 與Apache HTTP Server集成 206
7.3.1 Windows環境安裝 206
7.3.2 Linux環境安裝 207
7.3.3 mod_jk 209
7.3.4 mod_proxy_ajp 229
7.4 與Ngnix集成 235
7.4.1 Ngnix簡介 235
7.4.2 Windows環境安裝 237
7.4.3 Linux環境安裝 237
7.4.4 Tomcat集成 241
7.5 與IIS集成 243
7.6 小結 243
第8章 Tomcat集群 244
8.1 Tomcat集群介紹 244
8.1.1 Tomcat集群基礎 246
8.1.2 Apache Tribes 247
8.1.3 Tomcat集群組件實現 253
8.2 集群配置 254
8.3 會話同步 255
8.3.1 DeltaManager 256
8.3.2 BackupManager 257
8.3.3 替代方案 257
8.4 集群部署 258
8.4.1 實現原理 258
8.4.2 配置方式 259
8.5 小結 259
第9章 Tomcat安全 260
9.1 配置安全 260
9.1.1 安裝部署問題 260
9.1.2 server.xml配置 261
9.2 應用安全 263
9.2.1 Realm 264
9.2.2 HttpServletRequest 265
9.2.3 Authenticator 266
9.3 傳輸安全(SSL) 267
9.4 Java安全策略 273
9.4.1 簡介 273
9.4.2 catalina.policy 275
9.5 小結 279
第10章 Tomcat性能調優 280
10.1 Tomcat性能測試及診斷 281
10.1.1 常見測試方式 281
10.1.2 性能測試工具 282
10.1.3 數據采集及分析 290
10.2 Tomcat性能優化 303
10.2.1 JVM優化 304
10.2.2 Tomcat配置 308
10.3 應用性能優化建議 311
10.4 小結 312
第11章 Tomcat附加功能 313
11.1 Tomcat的嵌入式啓動 313
11.1.1 為什麼需要嵌入式啓動 313
11.1.2 嵌入式啓動Tomcat 314
11.1.3 嵌入式啓動服務器 316
11.2 Tomcat中的JNDI 317
11.2.1 什麼是JNDI 317
11.2.2 Tomcat中的JNDI 318
11.3 Comet和WebSocket 320
11.3.1 什麼是Comet 321
11.3.2 Tomcat的Comet實現 322
11.3.3 什麼是WebSocket 326
11.3.4 Tomcat的WebSocket實現 328
11.4 小結 335
附錄 server.xml配置 336
結束語 370
《Web服務器的秘密:深度剖析與實踐演進》 引言:不止於“運行”,更在於“駕馭” 在數字信息爆炸的時代,Web服務器扮演著連接用戶與海量內容的橋梁角色。它不僅僅是靜態文件的簡單分發者,更是動態交互、服務擴展、安全防護的基石。然而,對於大多數開發者和運維人員而言,Web服務器的內部運作機製往往籠罩著一層神秘的麵紗。我們習慣於配置、部署、啓動,卻鮮少深入探究其背後精密的架構設計、高效的通信原理以及應對高並發挑戰的策略。 本書《Web服務器的秘密:深度剖析與實踐演進》正是應運而生,旨在揭開Web服務器的神秘麵紗,帶領讀者進行一次深入而全麵的探索。我們將不僅僅停留在API的使用層麵,而是觸及Web服務器的核心,理解其設計哲學,掌握其工作流程,並展望其未來的發展趨勢。本書聚焦於Web服務器作為一種復雜軟件係統所共有的核心概念和設計模式,並通過深入的剖析,幫助讀者建立起對Web服務器乃至整個網絡服務體係的宏觀認知和微觀理解。 第一部分:Web服務器基石——通信協議與請求處理 本部分將從最基礎的層麵齣發,為讀者構建起Web服務器的認知框架。 TCP/IP協議棧的深度解析: 在深入探討Web服務器之前,理解底層網絡通信協議至關重要。本章將超越教科書式的介紹,深入剖析TCP/IP協議棧在Web服務器場景下的實際應用。我們將詳細講解TCP的三次握手和四次揮手是如何保障連接的可靠性的,探討TCP的擁塞控製、流量控製等機製如何在高並發環境下維持服務器的穩定性。同時,UDP協議的特性及其在特定Web服務場景(如DNS查詢)中的應用也會被提及。重點將放在HTTP協議與TCP連接的配閤,理解HTTP請求如何在TCP的保護下進行端到端傳輸。 HTTP協議的演進與核心要素: HTTP是Web服務器最核心的應用層協議。本章將係統性地梳理HTTP協議的各個版本(HTTP/1.0, HTTP/1.1, HTTP/2, HTTP/3)的演進曆程,重點分析每個版本帶來的性能提升和功能增強,例如HTTP/1.1的持久連接、流水綫、管道化,以及HTTP/2的多路復用、頭部壓縮等。我們將深入解析HTTP請求的結構(請求行、請求頭、請求體)和響應的結構(狀態行、響應頭、響應體),理解各種HTTP方法(GET, POST, PUT, DELETE等)的語義,掌握HTTP狀態碼的含義及其在錯誤處理中的作用。此外,Cookie、Session、緩存機製等也將在本章進行細緻的講解,它們是如何在HTTP層麵實現狀態管理和性能優化的。 請求處理流程的生命周期: 當一個HTTP請求抵達Web服務器時,它將經曆一係列的處理階段。本章將詳盡地描繪這個“請求生命周期”。從接收客戶端連接、解析HTTP請求、到查找資源、執行業務邏輯(如果適用)、生成響應、再到將響應發送迴客戶端,每一個環節都將被一一剖析。我們將探討Web服務器如何管理並發連接,如何進行綫程或進程的調度,以及不同類型的請求(靜態文件請求、動態請求)在處理流程中的差異。 多綫程與多進程模型: 為瞭高效處理並發請求,Web服務器普遍采用多綫程或多進程模型。本章將深入比較這兩種模型的工作原理、優缺點以及在不同場景下的適用性。我們將分析綫程池、進程池的設計理念,理解它們如何通過復用資源來降低創建和銷毀綫程/進程的開銷。同時,協程、事件驅動模型等更現代的並發處理方式也將作為補充進行介紹,闡述它們在提升吞吐量和降低資源消耗方麵的優勢。 第二部分:Web服務器的內部機製與性能優化 在掌握瞭基礎的通信原理後,本部分將深入Web服務器的內部,探究其性能優化的關鍵技術。 高效的I/O模型: Web服務器的性能瓶頸往往齣現在I/O操作上。本章將詳細介紹阻塞I/O、非阻塞I/O、I/O多路復用(select, poll, epoll/kqueue)以及異步I/O等不同的I/O模型。我們將通過圖解和代碼示例,深入理解它們的工作機製,以及在處理大量並發連接時,I/O多路復用和異步I/O模型如何能夠顯著提升服務器的吞吐量和響應速度。 內存管理與資源調度: Web服務器在處理請求時需要高效地管理內存和係統資源。本章將探討Web服務器的內存分配策略、緩存機製(如頁麵緩存、對象緩存)的設計與實現,以及如何通過閤理的資源調度來避免資源耗盡和性能下降。我們將分析內存池、緩衝區的使用,以及垃圾迴收機製對服務器性能的影響。 連接池與請求隊列: 為瞭減少與數據庫、其他服務的連接建立和銷毀的開銷,連接池技術被廣泛應用。本章將深入講解連接池的原理、實現方式以及配置策略。同時,我們將分析請求隊列的作用,以及如何通過閤理的隊列管理來平滑請求峰值,避免請求的丟失或過長時間的等待。 高性能Web服務器的關鍵組件: 諸如事件循環(Event Loop)、工作綫程(Worker Threads)等是高性能Web服務器的核心組件。本章將揭示這些組件是如何協同工作的,如何通過非阻塞的事件處理模式來最大化CPU利用率。我們將剖析一個典型的事件驅動Web服務器的架構,理解其如何通過異步操作和迴調機製來處理海量並發請求。 緩存策略與性能調優: 緩存是提升Web服務器性能最有效的手段之一。本章將係統性地介紹Web服務器層麵的各種緩存策略,包括內存緩存、磁盤緩存、CDN緩存等。我們將分析不同緩存算法(如LRU, LFU)的原理,以及如何在實際應用中閤理配置緩存大小、過期策略等參數,以達到最佳的性能錶現。 第三部分:安全、擴展性與未來展望 隨著Web應用的復雜化和安全威脅的日益嚴峻,Web服務器的功能也在不斷演進。本部分將聚焦於Web服務器的安全機製、擴展性設計以及未來的發展趨勢。 Web服務器安全防護機製: 安全是Web服務器不可或缺的屬性。本章將詳細闡述Web服務器在安全防護方麵所扮演的角色,包括但不限於:HTTPS(SSL/TLS)的加密傳輸,防火牆和訪問控製列錶(ACLs)的應用,防止SQL注入、XSS攻擊等常見Web漏洞的過濾和攔截機製,以及DDoS攻擊的應對策略。我們將深入理解Web服務器如何配閤應用層麵的安全措施,共同構建一道堅實的防綫。 負載均衡與反嚮代理: 在構建高可用、可擴展的Web服務時,負載均衡和反嚮代理是核心技術。本章將深入講解負載均衡器的不同算法(如輪詢、最少連接、IP哈希),以及反嚮代理的工作原理。我們將探討Web服務器如何作為反嚮代理,將請求分發到後端的多個應用服務器,從而實現服務的水平擴展和高可用性。 容器化與微服務架構下的Web服務器: 隨著Docker、Kubernetes等容器化技術的普及,Web服務器在容器化環境下的部署和管理也發生瞭深刻變化。本章將探討Web服務器如何融入微服務架構,作為API Gateway的角色,實現服務的路由、認證、限流等功能。我們將分析在微服務場景下,Web服務器麵臨的挑戰和機遇。 WebAssembly與下一代Web服務器: WebAssembly(Wasm)的齣現為Web性能帶來瞭新的可能性。本章將探討WebAssembly對Web服務器設計的潛在影響,以及未來Web服務器在支持Wasm方麵的演進方嚮。我們將展望Web服務器在Serverless、邊緣計算等新興技術浪潮下的發展趨勢,以及它們將如何改變我們構建和部署Web應用的方式。 結語:擁抱理解,賦能實踐 《Web服務器的秘密:深度剖析與實踐演進》緻力於為讀者提供一個係統、深入、前瞻性的Web服務器知識體係。我們相信,通過對Web服務器核心原理的深刻理解,讀者不僅能夠更有效地配置、優化和排查Web服務器相關的問題,更能舉一反三,將其知識遷移到其他網絡服務和分布式係統的設計與實踐中。本書的目標是賦能每一位渴望掌握Web服務器背後技術細節的開發者和運維工程師,讓他們能夠更加自信地駕馭海量數據的網絡世界。